第五节 研究洛伦兹力 [学习目标] 1.知道阴极射线是从阴极发射出来的电子束． 2.知道洛伦兹力的方向与电荷运动方向及磁感应强度方向间的关系，会用左手定则判断洛伦兹力的方向．(重点) 3.理解洛伦兹力和安培力的关系，能会推导洛伦兹力的计算公式并会计算洛伦兹力．(重点、难点) 4.知道速度选择器原理． 一、洛伦兹力的方向 1．洛伦兹力 荷兰物理学家洛伦兹于1895年发表了磁场对运动电荷的作用力公式，人们称这种力为洛伦兹力． 2．阴极射线 在阴极射线管中，从阴极发射出来的电子束称为阴极射线． 3．洛伦兹力的方向判定———左手定则 伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，四指指向为正电荷运动的方向，那么，拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向． 二、洛伦兹力的大小 1．公式推导 如图，有一段长为L的通电导线，横截面积为S，单位体积内含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，定向移动的平均速度为v，垂直放入磁感应强度为B的匀强磁场中． 导体所受安培力：F＝BIL． 导体中的电流：I＝nqSv． 导体中的自由电荷总数：N＝nSL． 由以上各式可推得，每个电荷所受洛伦兹力的大小为f＝＝qvB． 2．洛伦兹力的计算公式：f＝qvB． 1．正误判断 (1)电荷在磁场中一定会受到洛伦兹力的作用． (×) (2)仅在洛伦兹力作用下，电荷的动能一定不会变化． (√) (3)应用左手定则判断洛伦兹力的方向时，四指一定指向电荷运动方向． (×) (4)公式f＝qvB，用于任何情况． (×) (5)洛伦兹力和安培力是性质不同的两种力． (×) 2．(多选)如图是表示磁场磁感应强度B、负电荷运动速度v和磁场对负电荷洛伦兹力F的相互关系图，这四个图中正确的是(B、v、F两两垂直)( ) ABC [根据左手定则，使磁感线垂直穿入手心，四指指向v的反方向，从大拇指所指方向可以判断，A、B、C图中所标洛伦兹力方向正确，D图中所标洛伦兹力方向错误．] 3．两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，两粒子质量之比为1∶4，电量之比为1∶2，则两带电粒子受洛伦兹力之比为( ) A．2∶1 B．1∶1 C．1∶2 D．1∶4 C [带电粒子的速度方向与磁感线方向垂直时，洛伦兹力F＝qvB，与电荷量成正比，与质量无关，C项正确．] 洛伦兹力的方向特点 1.判断方法———左手定则 (1)当电荷运动方向跟磁场方向垂直时：伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，四指指向正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向，大拇指所指的方向就是洛伦兹力的方向． (2)当电荷运动方向跟磁场方向不垂直时：四指仍指向正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向，磁感线仍然从掌心进入，但磁感线与手掌不垂直，洛伦兹力的方向仍垂直于电荷运动的方向，也垂直于磁场方向． 2．决定因素 (1)电荷的电性(正、负)． (2)速度方向． (3)磁感应强度的方向． 当电性一定时，其他两个因素决定洛伦兹力的方向，如果只让一个反向，则洛伦兹力必定反向；如果让两个同时反向，则洛伦兹力方向不变． 3．洛伦兹力不做功 由于洛伦兹力始终与电荷的运动方向垂直，故洛伦兹力一定不对电荷做功． 【例1】 长方体金属块放在匀强磁场中，有电流通过金属块，如图所示，则下面说法正确的是( ) A．金属块上下表面电势相等 B．金属块上表面电势高于下表面电势 C．金属块上表面电势低于下表面电势 D．无法比较两表面的电势高低 C [由左手定则知自由电子所受洛伦兹力方向向上，即自由电子向上偏，所以上表面电势比下表面电势低．C正确．] 判断洛伦兹力的两点提醒 (1)在用左手定则判断运动的电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向时，对于正电荷，四指指向电荷的运动方向；但对于负电荷， ... ...
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