第3章 打开电磁学的大门
第2节 磁场中的运动电荷
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第3章 打开电磁学的大门
目标导航 1. 通过实验，认识运动电荷在磁场中受到 的洛伦兹力． 2．知道影响洛伦兹力大小和方向的因素． 当电荷的运动方向与磁场方向垂直时，会运 用左手定则判断洛伦兹力的方向，会计算特 殊情况下洛伦兹力的大小．(重点＋难点)
3.大小 (1)当电荷的运动方向与磁场方向垂直时，电 荷受到的洛伦兹力的大小：F＝__q_v__B__． (2)当电荷的运动方向与磁场方向平行时，电 荷不受洛伦兹力作用F＝___0_．
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想一想 所有电荷在磁场中都受力吗？ 提示：不一定，只有运动电荷且速度与磁场 方向不平行时，才受力的作用．
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宇宙射线是有害的，_地__磁__场___改变了宇宙射 线中带电粒子的运动方向，对地球上的生命 起到了保护作用．
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要点探究讲练互动
洛伦兹力方向的理解
学案导引 1.左手定则在电流中的应用和在带电粒子运 动中的应用有何异同？ 2.洛伦兹力能对带电粒子做功吗？
2.方向：洛伦兹力的方向用左手定则来判断： 伸开左手，使拇指与其余四指垂直，且处于 同一平面内．让磁感线垂直穿入手心，四指 指向__正__电荷运动的方向(若是__负__电荷，则 四指指向负电荷运动的反方向)，拇指所指的 方向就是__洛__伦__兹__力___的方向．
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【答案】 见精讲精析
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【方法总结】 (1)洛伦兹力总是垂直于v， 垂直于B，即洛伦兹力总是垂直于B、v所决 定的平面． (2)用左手定则时四指指向负电荷运动的反方 向．
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变式训练 1.(2012·山东济南外国语学校高二期中)一带 负电的粒子(重力不计)，进入磁场中，下列 关于磁场方向、速度方向及带电粒子所受的 洛伦兹力方向标示正确的是( )
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二、电子的发现
_电__子__的发现与__X_射__线___和__物__质__放__射__性___的 发现一起被称为19世纪、20世纪之交的三大 发现．电子的发现为近代物理的发展奠定了 重要的实验基础，同时它也突破了原子不可 再分的传统思想，促使人们去探寻原子内部 的奥秘．
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3．知道电子是由汤姆孙发现的．认识洛伦 兹力在发现电子中的作用． 4．了解极光产生的机理，体会自然界的奥 妙．
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新知初探自学导引
一、洛伦兹力
1.定义：磁场对运动__电__荷__的作用力叫洛伦 兹力．
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1.安培力与洛伦兹力的关系：安培力是通电 导体受到的磁场力，大量电荷的定向移动形 成电流，洛伦兹力是磁场对带电粒子的作用 力，是对单个带电粒子的作用力，由此可见 洛伦兹力是安培力的微观解释，安培力是洛 伦兹力的宏观表现．
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2.安培力和洛伦兹力的共同特征 (1)安培力：当I∥B时，F＝0；洛伦兹力：当 v∥B时，F＝0. (2)安培力：当I⊥B时，F＝BIl；洛伦兹力： 当v⊥B时，F＝qvB. (3)当磁感应强度B的方向与电流I的方向夹角 为θ时，安培力的表达式为F＝BIlsinθ.
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1.决定洛伦兹力方向的因素有三个：电荷的 电性(正、负)、速度方向、磁感应强度的方 向．当电荷一定(电性一定)时，其他两个因 素中，如果只让一个因素相反，则洛伦兹力 方向必定相反；如果同时让两个因素相反， 则洛伦兹力方向不变．
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2.当电荷运动方向与磁场方向垂直时，由左 手定则可知，洛伦兹力F的方向既与磁场B的 方向垂直，又与电荷的运动方向垂直，即力 F垂直于v与B所决定的平面． 所以，已知电荷电性及v 、B的方向，则F的 方向唯一确定，但已知电性及B(或v)、F的 方向， v(或B)的方向不能唯一确定．
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当磁感应强度B的方向与带电粒子运动的速 度v的方向夹角为θ时，洛伦兹力的表达式为 F＝qvBsinθ. (4)安培力和洛伦兹力的方向都是根据左手定 则来判断． 3.安培力和洛伦兹力的不同点：安培力推动 导体运动时，对导体做功；洛伦兹力的方向 与运动电荷的速度方向垂直，对运动电荷永 远不做功．
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例1 如图所示各图已标出磁场方向、电荷 运动方向、电荷所受洛伦兹力方向三个中的 两个，试标出另一个的方向．
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【思路点拨】 应用左手定则时注意粒子的 电性，注意四指和拇指所指方向的意义． 【精讲精析】 用左手定则判断．对－q四 指应指向其运动方向的反方向．分别可得： 甲图中＋q受洛伦兹力方向垂直于v斜向左； 乙图中－q受洛伦兹力方向垂直于v水平向 左；丙图中－q运动方向平行于斜面向下； 丁图中匀强磁场方向为垂直纸面向外．
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三、极光的解释
太阳或其他星体时刻都有大量的高能粒子放 出，称为__宇__宙__射__线___．地球是个巨大的磁 体，当宇宙射线掠过地球附近时，_带__电__粒__子_ 受到地磁场的作用朝地球的磁极方向运动． 这些粒子在运动过程中撞击大气，激发气体 原子产生光辐射，这就是极光．
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例2 关于安培力和洛伦兹力，下面的说法 正确的是( ) A．安培力和洛伦兹力是性质不同的两种力 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．这两种力都是效果力，其实并不存在， 原因是不遵守牛顿第三定律
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解析：选C.注意本题中给出的是负电荷，四 指应指向负电荷运动的反方向，根据左手定 则可知，A项中，洛伦兹力向下，C项正确, B项中，粒子平行于磁感线运动，不受洛伦 兹力．C项正确，D项中，受力向右．
洛伦兹力与安培力的比较
学案导引 1.洛伦兹力与安培力本质上相同吗？ 2.两种力都不做功吗？