第六节 洛伦兹力初探
1.经历实验探究洛伦兹力方向的过程，知道洛伦兹力的方向与电荷的运动方向和磁感应强度的方向都垂直，会判断洛伦兹力的方向． 2.知道电视显像管的基本构造以及它工作的基本原理．
一、磁场对运动电荷的作用
1．洛伦兹力
(1)定义：磁场对运动电荷的作用力．
(2)与安培力的关系：通电导线在磁场中所受的安培力是洛伦兹力的宏观表现，而洛伦兹力是安培力的微观解释．
2．洛伦兹力的方向
(1)方向判断：伸开左手，使拇指与四指在同一个平面内并跟四指垂直，让磁感线垂直穿入手心，使四指指向正电荷运动方向，这时拇指所指的方向就是正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向，负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反．
(2)特点：洛伦兹力的方向与电荷运动方向和磁场方向都垂直，洛伦兹力对运动电荷不做功．
电荷在电场中会受到电场力的作用，那么电荷放入磁场中是否一定会受到磁场力的作用？
提示：当电荷在磁场中静止或沿着磁感线方向运动时，电荷不会受到磁场力的作用，只有当电荷运动且运动方向不与磁场平行时，才受洛伦兹力作用．
二、磁偏转与显像管
1．磁偏转：借助垂直于电子束运动方向的磁场使电子束改变方向或者发生偏转的方法称为磁偏转．
2．电视机显像管
(1)结构如图1－6－1所示：
图1－6－1
主要由电子枪、线圈、荧光屏和玻璃屏幕四部分组成．
(2)工作原理：应用了电子束磁偏转的原理，电子束产生高能电子束，通电线圈提供磁场，电子束穿过磁场时，受洛伦兹力作用，径迹发生偏转，电子束打在荧光物质上，产生亮点．
一、洛伦兹力和电场力的比较
这两种力是带电粒子在两种不同的场中受到的力，反映了磁场和电场都有力的性质，但这两种力的区别也是十分明显的．
洛伦兹力 电场力
力的概念 磁场对其中的运动电荷的作用 电场对放入其中的电荷的作用
产生条件 磁场中的运动电荷，且运动方向与磁场方向不共线电荷将受到洛伦兹力作用 电场中的电荷无论静止还是沿任意方向运动都要受到电场力
方向 ①方向由电荷正负、磁场方向以及电荷运动方向决定，方向之间关系遵循左手定则②洛伦兹力方向一定垂直于磁场方向及电荷运动方向 ①方向由电荷正负、电场方向决定②正电荷受力方向与电场方向一致，负电荷受力方向与电场方向相反
大小 f＝qvBsin θ F＝qE
做功情况 一定不做功 可能做正功，可能做负功，也可能不做功
即时应用? (即时突破，小试牛刀)
1．(单选)关于带电粒子在匀强电场和匀强磁场中的运动，下列说法正确的是( )
A．带电粒子沿电场线方向射入，静电力对带电粒子做正功，粒子动能一定增加
B．带电粒子垂直于电场线方向射入，静电力对带电粒子不做功，粒子动能不变
C．带电粒子沿磁感线方向射入，洛伦兹力对带电粒子做正功，粒子动能一定增加
D．不管带电粒子怎样射入磁场，洛伦兹力对带电粒子都不做功，粒子动能不变
解析：选D.带电粒子沿电场线方向射入，若为正电荷，静电力对带电粒子做正功，粒子动能增大，若为负电荷，静电力对带电粒子做负功，粒子动能减小，A错误；带电粒子垂直电场线方向射入，粒子做类平抛运动，静电力一定做正功，粒子动能增加，B错误；由于洛伦兹力的方向始终与粒子的速度方向垂直，故洛伦兹力永远不做功，C错误，D正确．
二、洛伦兹力与安培力的异同
1．在导体静止不动时，安培力是洛伦兹力的合力，所以洛伦兹力的方向与安培力的方向是一致的，可由左手定则判定．判断洛伦兹力的方向时一定要注意f垂直于v与B所决定的平面．
2．当运动电荷的速度v的方向与磁感应强度的方向平行时，运动电荷不受洛伦兹力的作用，仍以初速度做匀速直线运动．而磁场中静止的电荷也不受洛伦兹力的作用．导体平行磁场方向放置时，定向运动的电荷不受洛伦兹力，所以导体也不受安培力．
3．洛伦兹力对运动电荷永不做功，而安培力对运动导体却可以做功．由于洛伦兹力f始终垂直于电荷的运动速度v的方向，不论电荷做什么性质的运动，也不论电荷是什么样的运动轨迹，f只改变v的方向，并不改变v的大小，所以洛伦兹力对运动电荷不做功．通电导体在磁场中运动时，电荷相对磁场的运动方向并不沿导体方向，所受洛伦兹力的方向也不垂直于导体，洛伦兹力垂直于导体方向的分力做正功，而沿导体方向的分力做负功，总功仍为0.导体中所有运动电荷受到的洛伦兹力，在垂直于导体方向的分力的合力就是安培力，所以安培力对运动导体可以做功．
即时应用? (即时突破，小试牛刀)
2．(双选)下列说法中正确的是( )
A．运动电荷不受洛伦兹力的地方一定没有磁场
B．如果把＋q改为－q，且速度反向，大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变
C．洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向也一定与电荷速度方向垂直
D．粒子在只受洛伦兹力作用时运动的动能不变
解析：选BD.带电粒子所受洛伦兹力的大小不仅与速度的大小有关，还与速度和磁场方向间的夹角有关，A错误；由f＝qvB知，q、v、B中有两项相反而其他不变时，f不变，B正确；洛伦兹力的方向始终与速度方向垂直，与磁场方向垂直，即垂直于v和B所决定的平面，但v和B不一定互相垂直，C错误；由于洛伦兹力始终与速度方向垂直，故洛伦兹力不做功，若粒子只受洛伦兹力作用，运动的动能不变，D正确．
在判断电荷所受洛伦兹力或电场力方向时，首先认清判断的是正电荷还是负电荷的受力方向，其次看清场的方向，然后做出正确判断．
eq \a\vs4\al() 洛伦兹力的方向判断
(单选)如图1－6－2为阴极射线管的结构示意图，阴极射线发出的电子束在阴极和阳极间强电场的作用下沿直线运动，如果在射线管所在区域内加上垂直纸面向里的匀强磁场，则电子束的偏转方向为( )
图1－6－2
A．竖直向上偏转 B．竖直向下偏转
C．垂直纸面向里偏转 D．垂直纸面向外偏转
[解析] 带电粒子所受洛伦兹力的方向可用左手定则判定．在用左手定则判定洛伦兹力方向时，四指应指向电子运动的反方向，磁场垂直穿过手心，则大拇指所指的方向即为洛伦兹力的方向．
[答案] B
eq \a\vs4\al()
洛伦兹力垂直于磁场方向和运动电荷方向所决定的平面．
eq \a\vs4\al() 洛伦兹力对运动电荷永不做功
(单选)如图1－6－3所示，一细线悬吊小球，在垂直于匀强磁场方向的竖直平面内摆动，C点为小球运动的最低位置，则( )
图1－6－3
A．小球从等高的A点、B点分别摆至C点时速度大小相等
B．小球从等高的A点、B点分别摆至C点时则从A点摆至C点时速度大
C．如果小球带正电，则小球从A点摆至C点的速度比从B点摆至C点时大
D．如果小球带负电，则小球从A点摆至C点的速度比从B点摆至C点时大
[解析] 由于洛伦兹力对运动小球不做功，所以不论是正电荷还是负电荷，不论是从A点还是从B点摆至C点，机械能均守恒，所以B、C、D错，A对．
[答案] A
eq \a\vs4\al()
(1)洛伦兹力的方向与速度方向时刻垂直，故洛伦兹力对电荷不做功．
(2)分析此类问题时，有的同学会认为洛伦兹力来回方向不一样，所以做功不同．忽视了洛伦兹力不做功．
eq \a\vs4\al() 运动电荷在磁场中的运动
(双选)一个电子穿过某一空间而未发生偏转，则( )
A．此空间一定不存在磁场
B．此空间可能有磁场，方向与电子速度平行
C．此空间可能有磁场，方向与电子速度垂直
D．此空间可能有正交的磁场和电场，它们的方向均与电子速度垂直
[思路点拨] 解答本题要把握两点，一是电荷在场中的受力特点，二是从电子运动的状态判断受力，轨迹是直线说明电子受合外力为零或所受力与速度共线．
[解析] 依据对洛伦兹力的说明可知：当v的方向与磁感应强度B的方向平行时，运动电荷不受洛伦兹力的作用，带电粒子仍然以速度v做匀速直线运动．因此一个电子穿过某一空间而未发生偏转不能说此空间一定存在磁场，只能说此空间可能有磁场，方向与电子速度方向平行，或者说此空间可能有正交的磁场和电场，它们的方向均与电子速度方向垂直，导致电子所受合力为零．因此，本题的正确选项为B、D.
[答案] BD
(双选)如图1－6－4，三个带正电的小球从同一高度以相同初速度分别在匀强电场中、匀强磁场中、重力场中水平抛出，落地时速度大小相比( )
图1－6－4
A．落地速度大小三者一样大
B．②小球落地速度最大
C．①小球落地速度最大
D．②③小球落地速度大小一样大
解析：选CD.②③两球只有重力做功，且做功相同，由动能定理分析可知两球落地速度大小相等，而①球除重力做正功外，还有电场力对其做了功，落地速度最大，选项C、D正确．
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7洛伦兹力初探
1．(单选)关于电场力与洛伦兹力，以下说法正确的是( )
A．电荷只要处在电场中，就会受到电场力，而电荷静止在磁场中，只有可能受到洛伦兹力
B．电场力对放在电场中的电荷一定会做功，而洛伦兹力对磁场中的电荷却不会做功
C．电场力与洛伦兹力一样，受力方向都在电场线和磁感线上
D．只有运动的电荷在磁场中才会受到洛伦兹力的作用
解析：选D.静止的电荷在磁场中不可能受到洛伦兹力的作用，A错；尽管电场力对电荷可以做功，但如果电荷不动，则电场力做功为零，因此B也错；洛伦兹力的方向与磁感线及运动方向垂直，故C错，D正确．
2．(单选)下列说法正确的是( )
A．运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定受到洛伦兹力的作用
B．运动电荷在某处不受洛伦兹力作用，则该处的磁感应强度一定为零
C．洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能，也不能改变带电粒子的速度
D．洛伦兹力对带电粒子不做功
解析：选D.洛伦兹力是磁场对不平行于磁场运动的电荷的作用力，故A、B错．洛伦兹力总垂直于电荷的运动方向，始终不对运动电荷做功，不改变带电粒子的动能，但改变带电粒子的速度(因为v的方向变)，故选D.
3．(单选)将空心线圈通以大小和方向改变的电流，由其某一端沿中心轴线方向射入一束电子流，则电子流在线圈内的运动情况是( )
A．简谐运动 B．匀速直线运动
C．匀变速直线运动 D．匀速圆周运动
解析：选B.根据通电螺线管的磁场特点，沿中心轴线射入的电子流与磁场平行，该束电子流不受磁场力，故电子束做匀速直线运动．
4．(单选)如图1－6－5所示，磁场方向，正电荷的运动方向，电荷所受洛伦兹力的方向两两垂直，则正确的是( )
图1－6－5
解析：选D.由左手定则可判定，A中力F应向下；B中力F应向右；C中力F应垂直纸面向外．
5．三个粒子a、b、c(不计重力)以相同的速度射入匀强磁场中，运动轨迹如图1－6－6所示，其中b粒子做匀速直线运动，则a粒子带________电，c粒子带________电．
图1－6－6
解析：做曲线运动的粒子受力总是指向圆弧内侧，由左手定则和粒子运动轨迹可知，可以判断a带负电，c带正电．
答案：负 正
[课时作业]
一、单项选择题
1．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
B．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
D．通电直导线在磁场中受到的安培力与磁场方向平行
解析：选B.导线与磁场方向平行时不受安培力，A错；洛伦兹力始终与速度方向垂直，始终不做功，C错；通电导线在磁场中受到的安培力方向始终与磁场垂直，D错．
2．如图1－6－7所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线将( )
图1－6－7
A．向纸内偏转
B．向纸外偏转
C．向下偏转
D．向上偏转
解析：选D.阴极射线管所处的磁场垂直纸面向外，用左手定则判定时要注意四指应指向负电荷运动的反方向．
3．在图1－6－8中，洛伦兹力的方向判断不正确的是( )
图1－6－8
解析：选C.由左手定则可以判定A、B、D正确，只有C不对，当电荷运动的方向与磁场平行时不受洛伦兹力．
4．如图1－6－9所示，a、b是位于真空中的平行金属板，a板带正电，b板带负电，板间场强为E.两板间的空间中加匀强磁场，方向垂直纸面向里，磁感应强度为B，一束电子以大小为v0的速度沿图中虚线方向射入，虚线平行于a、b板，要想电子沿虚线运动，则v0、E、B之间的关系应满足( )
图1－6－9
A．v0＝E/B B．v0＝B/E
C．v0＝E/Be D．v0＝Be/E
解析：选A.要想使电子沿虚线运动，要求电子受到的电场力等于磁场力，即Eq＝Bqv0，v0＝E/B.
5．如图1－6－10所示，一电子束沿电流方向运动，则电子束将( )
图 1－6－10
A．偏向导线 B．远离导线
C．无偏转，做直线运动 D．不能确定
解析：选B.此题关键是用右手定则判定好电流周围的磁场方向，电子运动处为垂直纸面向里，再用左手定则判定洛伦兹力的方向向右，所以电子远离导线运动．注意四指指向电子运动的反方向．
6．来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将( )
A．竖直向下沿直线射向地面
B．相对于预定地点，稍向东偏
C．相地于预定地点，稍向西偏
D．相地于预定地点，稍向北偏
解析：选B.地球表面地磁场方向由南向北，质子是氢原子核，带正电．根据左手定则可判定，质子自赤道上空向下的过程中受到洛伦兹力方向向东，因此向东偏．所以只有B对．
7．带电粒子垂直匀强磁场方向运动时，会受到洛伦兹力的作用．下列表述正确的是( )
A．洛伦兹力对带电粒子做功
B．洛伦兹力不改变带电粒子的动能
C．洛伦兹力的大小与速度无关
D．洛伦兹力不改变带电粒子的速度方向
答案：B
8．一长方形金属块放在匀强磁场中，今将金属块通以如图1－6－11所示电流，则MN两极的电势高低情况是( )
图1－6－11
A．φM＝φN B．φM＞φN
C．φM＜φN D．无法比较
解析：选C.金属块通有向右的电流时，所受安培力方向应是竖直向上．因为金属块内运动的是电子，故电子受到向上的洛伦兹力的作用，M极聚集的是负电荷，所以电势必低于N极．
二、双项选择题
9．关于安培力和洛伦兹力，下面的说法中正确的是( )
A．洛伦兹力和安培力是性质完全不同的两种力
B．安培力和洛伦兹力，其本质都是磁场对运动电荷的作用力
C．安培力和洛伦兹力，二者是等价的
D．安培力对通电导体能做功，但洛伦兹力对运动电荷不能做功
解析：选BD.安培力是洛伦兹力的宏观表现，其本质都是磁场对运动电荷的作用，所以A错，B对，C错．洛伦兹力总垂直于电荷的运动方向，所以不做功，而安培力却可以与运动方向不垂直，所以可以做功，D对．
10．如图1－6－12所示，用绝缘线拴一绝缘小球，线上端固定于O点，线长为l，小球带正电．当小球摆过竖直线OC时，便进入或离开一个匀强磁场，磁场的方向垂直于小球的摆动平面，摆球沿着圆弧来回摆动．下列说法中正确的是( )
图1－6－12
A．A点和B点处在同一个水平面上
B．A点和B点处线的拉力大小是相同的
C．小球向右或向左摆过D点时，洛伦兹力相同
D．小球向右或向左摆过D点时，线的拉力一样大
解析：选AB.由于洛伦兹力不做功，此小球在摆动过程中只有重力做功，机械能守恒，故A和B处于同一水平面上，A项正确；由于A点和B点处于对称位置，速度又为零，绳对球的拉力和球的重力沿绳方向的合力大小相等，故B项正确；小球向左或向右经过D处的速度大小相等、方向相反，洛伦兹力大小相等、方向相反，故C项错误；而向左或向右经过D处的速度方向相反，洛伦兹力方向相反，但向心力的大小却是相等的，所以拉力不一样大，故D项错误．
三、非选择题
11．判断图1－6－13所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力方向．
图1－6－13
答案：甲：竖直向上；乙：垂直纸面向外；丙：竖直向下；丁：垂直纸面向里
12．某种物质发出的射线在磁场中分裂为3束，如图1－6－14所示，为什么？
图1－6－14
解析：射线在磁场中分裂为3束，是由于它们的电性不同造成的，向左偏转的射线，由左手定则可判定，应带正电；向右偏转的射线，应带负电；在磁场中不发生偏转的，不带电．
答案：见解析
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7(共29张PPT)
第一章 电与磁
第六节 洛伦兹力初探
第一章 电与磁
运动电荷
宏观表现
垂直
不做
垂直于
方向
磁偏转
磁场
洛伦兹力
伦兹力 电场力
力的概念 磁场对其中的运动电荷的作用 电场对放入其中的电荷的作用
产生条件 磁场中的运动电荷，且运动方向与磁场方向不共线电荷将受到洛伦兹力作用 电场中的电荷无论静止还是沿任意方向运动都要受到电场力
洛伦兹力 电场力
方向 ①方向由电荷正负、磁场方向以及电荷运动方向决定，方向之间关系遵循左手定则
②洛伦兹力方向一定垂直于磁场方向及电荷运动方向 ①方向由电荷正负、电场方向决定
②正电荷受力方向与电场方向一致，负电荷受力方向与电场方向相反
洛伦兹力 电场力
大小 f＝qvBsin θ F＝qE
做功情况 一定不做功 可能做正功，可能做负功，也可能不做功
新知初探,自学导引
梳理知识·夯实基础
要点突破·思维启动
突破疑难·讲练提升
狭缝
荧光屏
电子束
十
■■■■口■
阳极
阴极
阴极射线管结构示意图
典题示例·讲练互动
以例说法·触类旁通
