电荷与磁场关系

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1、电荷与磁场关系一、洛伦兹力一、洛伦兹力1定义：磁场对定义：磁场对 的作用力的作用力2洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向(1)洛伦兹力的方向可由洛伦兹力的方向可由 判断判断(2)左手定则应用要点：左手定则应用要点： 掌心掌心让让 垂直穿过掌心垂直穿过掌心 四指四指四指指向四指指向 运动方向或负电荷运动的反方运动方向或负电荷运动的反方向向 大拇指大拇指指向指向 方向方向运动电荷运动电荷左手定则左手定则磁感线磁感线正电荷正电荷洛伦兹力洛伦兹力3洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小(1)vB时，洛伦兹力时，洛伦兹力 .(2)vB时，洛伦兹力时，洛伦兹力F .F0qvB(1)利用左手定则判断洛伦兹力的方向时，应特别注

2、意正、利用左手定则判断洛伦兹力的方向时，应特别注意正、负电荷的区别负电荷的区别(2)由于洛伦兹力始终与速度垂直，因此，它永不做功由于洛伦兹力始终与速度垂直，因此，它永不做功2若若vB，带电粒子仅受洛伦兹力作用，在垂直于磁，带电粒子仅受洛伦兹力作用，在垂直于磁 感线的平面内以入射速度感线的平面内以入射速度v做做 运动运动二、带电粒子在匀强磁场中的运动状态二、带电粒子在匀强磁场中的运动状态1若若vB，带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中做，带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中做 运动运动匀速直线匀速直线匀速圆周匀速圆周 带电粒子在磁场中运动的周期与其速度无关，带电带电粒子在磁场中运动的周期与其速度无关

3、，带电粒子在磁场中运动的时间粒子在磁场中运动的时间t ，其中，其中为半径绕过的圆为半径绕过的圆心角心角三、洛伦兹力应用实例三、洛伦兹力应用实例1回旋加速器回旋加速器(1)主要构造：两个主要构造：两个D形盒形盒D1、D2， 它们之间有一定的电势差，它们之间有一定的电势差， 两个半圆盒处于与盒面垂直两个半圆盒处于与盒面垂直 的匀强磁场中的匀强磁场中(如图如图1121 所示所示)(2)工作原理工作原理磁场作用：带电粒子磁场作用：带电粒子 磁场方向射入磁场时，在洛磁场方向射入磁场时，在洛伦兹力作用下做伦兹力作用下做 ，其周期与，其周期与 和和无关无关交变电压的作用：在两交变电压的作用：在两D形盒狭缝间

4、产生周期性变化的形盒狭缝间产生周期性变化的 ，使带电粒子每经过一次狭缝加速一次，使带电粒子每经过一次狭缝加速一次交变电压的周期交变电压的周期(或频率或频率)：与带电粒子在磁场中做圆周：与带电粒子在磁场中做圆周运动的周期运动的周期(或频率或频率) 垂直垂直匀速圆周运动匀速圆周运动速率速率运动半径运动半径电场电场相同相同2质谱仪质谱仪(1)功能：分析各化学元素的功能：分析各化学元素的 并测量其并测量其 、含量、含量(2)原理图：如图原理图：如图1122所示所示同位素同位素质量质量(3)工作原理工作原理带电粒子在电场中加速：带电粒子在电场中加速： mv2带电粒子在磁场中偏转：带电粒子在磁场中偏转：

5、带电粒子的比荷：带电粒子的比荷： 由此可知，粒子比荷与偏转距离由此可知，粒子比荷与偏转距离L的平方成反比，凡是比的平方成反比，凡是比荷不相等的都被分开，并按比荷顺序的大小排列，故称荷不相等的都被分开，并按比荷顺序的大小排列，故称之为之为“质谱质谱”qU1洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的作用力，而洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的作用力，而安安培力是整个通电导体在磁场中受到的作用力，安培力是培力是整个通电导体在磁场中受到的作用力，安培力是导体中所有形成电流的定向移动电荷受到的洛伦兹力的导体中所有形成电流的定向移动电荷受到的洛伦兹力的宏观表现宏观表现2由安培力公式由安培力公式FBIL推导洛伦

6、兹力表达式推导洛伦兹力表达式(磁场与导线方磁场与导线方向垂直向垂直)如图如图1123所示，设有一段长度所示，设有一段长度为为L的通电导线，横截面积为的通电导线，横截面积为S，单，单位体积中含有的自由电荷数为位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为每个自由电荷的电荷量为q，定向，定向移动的平均速度为移动的平均速度为v，垂直于磁场方向放入磁感应强度为，垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中的磁场中导线中的电流为导线中的电流为InqvS导线所受安培力导线所受安培力F安安ILBnqvSLB这段导线中含有的运动电荷数为这段导线中含有的运动电荷数为nLS所以所以F洛洛 qvB.1有关洛伦兹力

7、和安培力的描述，正确的是有关洛伦兹力和安培力的描述，正确的是 ()A通电直导线在匀强磁场中一定受到安培力的作用通电直导线在匀强磁场中一定受到安培力的作用B安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现C带电粒子在匀强磁场中运动受到的洛伦兹力做正功带电粒子在匀强磁场中运动受到的洛伦兹力做正功D通电直导线在磁场中受到的安培力方向与磁场方向通电直导线在磁场中受到的安培力方向与磁场方向 平行平行解析：通电直导线与磁场方向平行时，安培力等于零，故解析：通电直导线与磁场方向平行时，安培力等于零，故A错；安培力一定垂直于磁场和电流所决定的平面，即安培错；安培力一定垂直于

8、磁场和电流所决定的平面，即安培力方向一定垂直于磁场方向，力方向一定垂直于磁场方向，D错；洛伦兹力也一定垂直于错；洛伦兹力也一定垂直于磁场与速度方向决定的平面，即洛伦兹力一定与运动方向磁场与速度方向决定的平面，即洛伦兹力一定与运动方向垂直，洛伦兹力一定不做功，垂直，洛伦兹力一定不做功，C错；安培力与洛伦兹力的关错；安培力与洛伦兹力的关系为安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现，系为安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现，B项项正确正确答案：答案：B洛伦兹力洛伦兹力电场力电场力性质性质磁场对在其中运动的磁场对在其中运动的电荷的作用力电荷的作用力电场对放入其中电荷电场对放入其中电荷的作用力的

9、作用力产生产生条件条件磁场中静止电荷、沿磁场中静止电荷、沿磁场方向运动的电荷磁场方向运动的电荷都不受洛伦兹力都不受洛伦兹力电场中的电荷，无论电场中的电荷，无论静止还是沿任何方向静止还是沿任何方向运动，都要受到电场运动，都要受到电场力力洛伦兹力洛伦兹力电场力电场力方向方向方向由电荷的正负、磁场方方向由电荷的正负、磁场方向以及电荷运动方向决定，各向以及电荷运动方向决定，各方向之间关系遵循左手定则方向之间关系遵循左手定则洛伦兹力的方向一定垂直于洛伦兹力的方向一定垂直于磁场方向以及电荷运动方向磁场方向以及电荷运动方向(电电荷运动方向与磁场方向不一定荷运动方向与磁场方向不一定垂直垂直)方向由电荷正负、电

10、方向由电荷正负、电场方向决定场方向决定正电荷受力方向与电正电荷受力方向与电场方向一致，负电荷受场方向一致，负电荷受力方向与电场方向相反力方向与电场方向相反大小大小FqvB(vB)，与电荷运动速，与电荷运动速度有关度有关FqE，与电荷运动速，与电荷运动速度无关度无关做功做功情况情况一定不做功一定不做功可能做正功，可能做负可能做正功，可能做负功，也可能不做功功，也可能不做功注意注意事项事项B0，f0；f0，B不一定不一定为零为零E0，F0；F0，E0 安培力是洛伦兹力的宏观表现，但各自的表现形式安培力是洛伦兹力的宏观表现，但各自的表现形式不同，洛伦兹力对运动电荷永远不做功，而安培力对通不同，洛伦兹