从宇宙深处射来的带电粒子为什么只在南北两从宇宙深处射来的带电粒子为什么只在南北两 极形成神秘莫测的极光？
极形成神秘莫测的极光？
思考与讨论
思考与讨论
思考与讨论 思考与讨论
电视机的内部显像管中，电子枪射出的 电视机的内部显像管中，电子枪射出的 是一束细细的电子束，为什么整个屏幕都能 是一束细细的电子束，为什么整个屏幕都能 发光？若在电视机附近放置一个很强的磁铁 发光？若在电视机附近放置一个很强的磁铁
，电视画面将会出现颜色失真的现象，这又
，电视画面将会出现颜色失真的现象，这又 是为什么？
是为什么？
阴极射线管 阴极射线管
阴极阴极
阳极阳极 荧光屏荧光屏
狭缝狭缝
若在阴阳两极间加上一高电压，阴极中若在阴阳两极间加上一高电压，阴极中 的炽热的金属丝发射出的电子束，将在荧光屏 的炽热的金属丝发射出的电子束，将在荧光屏
上激发出荧光。
上激发出荧光。
演示实验 演示实验
实验现象实验现象：没有加磁场时，电子束直线前进：没有加磁场时，电子束直线前进
；加了磁场后，电子束的运动径迹发生弯曲。
；加了磁场后，电子束的运动径迹发生弯曲。
了解洛伦兹 了解洛伦兹
洛伦兹是荷兰物理学家、数学家。洛伦兹是荷兰物理学家、数学家。 18531853 年年 77 月月 1818 日生于阿纳姆。日生于阿纳姆。 18701870 年入莱顿大年入莱顿大 学学习数学、物理学，
学学习数学、物理学， 18751875 年获博士学年获博士学
位。位。 2525 岁起任莱顿大学理论物理学教授，达岁起任莱顿大学理论物理学教授，达 3535 年。洛伦兹是经典电子论的创立者。他以年。洛伦兹是经典电子论的创立者。他以 电子概念为基础来解释物质的电性质，并从电 电子概念为基础来解释物质的电性质，并从电 子论推导出运动电荷在磁场中要受到力的作用 子论推导出运动电荷在磁场中要受到力的作用
，即洛伦兹力。
，即洛伦兹力。
洛伦兹把物体的发光解释为原子内部洛伦兹把物体的发光解释为原子内部
电子的振动产生，并预言光源放在磁场中时，原子内电子的 电子的振动产生，并预言光源放在磁场中时，原子内电子的 振动将发生改变，从而导致光谱线的增宽或分裂 。
振动将发生改变，从而导致光谱线的增宽或分裂 。 18961896 年年 1010 月，洛伦兹的学生塞曼发现，在强磁场中钠光谱的月，洛伦兹的学生塞曼发现，在强磁场中钠光谱的 DD线线 有明显的增宽，即产生塞曼效应，证实了洛伦兹的预言。在 有明显的增宽，即产生塞曼效应，证实了洛伦兹的预言。在 19021902 年塞曼和洛伦兹共同获得诺贝尔物理学奖。洛伦兹于年塞曼和洛伦兹共同获得诺贝尔物理学奖。洛伦兹于 19281928 年年 22 月月 44 日在哈勒姆逝世。在举行葬礼那天，荷兰全日在哈勒姆逝世。在举行葬礼那天，荷兰全 国的电讯、电话中止
国的电讯、电话中止 33 分钟，以示哀悼。分钟，以示哀悼。
洛伦兹力洛伦兹力 (Lorentz (Lorentz force
force))
11 、定义、定义：运动电荷：运动电荷在磁场中受到的作用力，叫在磁场中受到的作用力，叫 洛伦兹力。
洛伦兹力。
22 、洛伦兹力的方向、洛伦兹力的方向：：
v v
FF 洛洛
v v
FF 洛洛
洛伦兹力的方向 洛伦兹力的方向
伸开左手伸开左手：：
磁感线——磁感线——垂直穿入手心垂直穿入手心 四指——四指——
大拇指——大拇指——
所受洛伦兹力的方向 所受洛伦兹力的方向
①① 指向正电荷指向正电荷的运动方向的运动方向
②② 指向负电荷指向负电荷运动的反向运动的反向
v v
FF 洛洛 实验结论实验结论：洛伦兹力的方向：洛伦兹力的方向
既跟磁场方向垂直
既跟磁场方向垂直 F⊥BF⊥B ，又跟电方，又跟电方 荷的运动方向垂直
荷的运动方向垂直 F⊥vF⊥v ，故洛伦兹，故洛伦兹 力的方向总是垂直于磁感线和运动 力的方向总是垂直于磁感线和运动
电荷所在的平面，即：
电荷所在的平面，即： FF 安安⊥⊥ BBvv 平平 面面
思考与讨论 思考与讨论
如图所示，若将电荷的运动方向和磁场的方 如图所示，若将电荷的运动方向和磁场的方 向同时反向，则洛伦兹力的方向是不是也跟 向同时反向，则洛伦兹力的方向是不是也跟 着反向？ 着反向？
结论：当电荷的运动方向和磁场方向 结论：当电荷的运动方向和磁场方向
同时反向时，
同时反向时， 洛伦兹力方向不变 洛伦兹力方向不变 。 。 v v
FF 洛洛
2 2 、研究表明，洛伦兹力的大小与电荷的 、研究表明，洛伦兹力的大小与电荷的 运动方向及磁场的方向有关。
运动方向及磁场的方向有关。
1 1 、通电导线在磁场中所受的安培力就是 、通电导线在磁场中所受的安培力就是 洛伦兹力的宏观表现。
洛伦兹力的宏观表现。
思考与讨论 思考与讨论
磁场对通电导线能产生安培力的作用 磁场对通电导线能产生安培力的作用
，当磁场方向与电流方向垂直时，安培力
，当磁场方向与电流方向垂直时，安培力 的大小 的大小为 为 F F
安安=B =B I I L L ，而电流就是电荷的定 ，而电流就是电荷的定
向移动形成的，那么，磁场对运动电荷所 向移动形成的，那么，磁场对运动电荷所
产生的洛伦兹力与安培力有什么关系？洛 产生的洛伦兹力与安培力有什么关系？洛
伦兹力的大小又与什么因素有关？
伦兹力的大小又与什么因素有关？
如图所示，设有一段长度为 如图所示，设有一段长度为 L L ，横截 ，横截 面积为 面积为 S S 的导线，导线单位体积内含有的自 的导线，导线单位体积内含有的自
由电荷数为
由电荷数为 n n ，每个自由电荷的电荷量为 ，每个自由电荷的电荷量为 q q
，定向移动速率为
，定向移动速率为 v v ，将这段通电导线垂直 ，将这段通电导线垂直 磁场方向放入磁感应强度为
磁场方向放入磁感应强度为 B B 的磁场中。 的磁场中。
洛伦兹力的大小
洛伦兹力的大小
安培 安培力为 力为 F F
安安=B =B 电流的微观表 I I L L 电流的微观表 达式为 达式为
设导线中共有
设导线中共有 N N 个自由电子 个自由电子 N=nsL N=nsL 每个电子受的磁场力为
每 个电子受的磁场力为 F F
洛 洛= F = F
安安
故可得 /N /N
故可 得 F F
洛洛=e =e v v B B
I I =nes =nes v v
( ( 条件是 条件是 v v ⊥B ⊥B ) )
洛伦兹力的大小
洛伦兹力的大小
洛仑兹力的特点 洛仑兹力的特点
11 、洛伦兹力的大小：、洛伦兹力的大小：
v v ∥B ∥B ， ， F F
洛洛=0 =0 ； ； v v ⊥B ⊥B ， ， F F
洛洛=qv =q v B B
22 、洛伦兹力的方向：、洛伦兹力的方向：
F F
洛洛⊥ ⊥ B B
F F
洛洛⊥ ⊥ v v
F F
洛洛⊥ ⊥ v v B B 平 平 面 面
33 、洛伦兹力的效果：只改变运动电荷速度的方、洛伦兹力的效果：只改变运动电荷速度的方 向，不改变运动电荷速度的大小。
向，不改变运动电荷速度的大小。
重要结论：洛伦兹力永远不做功！
重要结论：洛伦兹力永远不做功！
v v 与 与 B B 成 成 θ θ 时 时 ， ， F F
洛洛=qv =q v Bsin Bsin θ θ
vv⊥⊥
vv∥∥
电视显像管的工作原理 电视显像管的工作原理
电视显像管应用了电子束在磁场 电视显像管应用了 电子束在磁场 中的偏转 中的偏转 原理。电子束射向荧光屏就能发光 原理。电子束射向荧光屏就能发光
，一束电子束只能使荧光屏上的一个点发光
，一束电子束只能使荧光屏上的一个点发光
，而通过偏转线圈中磁场的偏转就可以使整
，而通过偏转线圈中磁场的偏转就可以使整 个荧光屏发光。
个荧光屏发光。
思考与讨论 思考与讨论
如图所示，电视显像管中，要使 如图所示，电视显像管中，要使 电子束从 电子束从 B B 逐渐向 逐渐向 A A 点扫描，必须加一个怎 点扫描，必须加一个怎
样变化的偏转磁场？
样变化的偏转磁场？
荧光屏中点荧光屏中点 OO的的 下方，应加一垂直向 下方，应加一垂直向 内的磁场，且越下方 内的磁场，且越下方
磁场越强，而在
磁场越强，而在 OO 点点 的上方，应加一垂直 的上方，应加一垂直 向外的磁场，且越上 向外的磁场，且越上
方的磁场越强。
方的磁场越强。
电视显像管中的扫描 电视显像管中的扫描
在电视显像管的偏转区在电视显像管的偏转区 中存在水平方向和竖直方向 中存在水平方向和竖直方向 强弱和方向都在不断变化的 强弱和方向都在不断变化的 偏转磁场，于是，电子枪发 偏转磁场，于是，电子枪发 出的电子束在荧光屏上的发 出的电子束在荧光屏上的发 光点不断移动，对图像进行 光点不断移动，对图像进行 扫描，扫描的路线如图所示 扫描，扫描的路线如图所示
，从，从 aa 开始，逐行进行，直开始，逐行进行，直 到到 bb ，且每秒要进行，且每秒要进行 5050 场场
扫描，结果，我们就感觉到 扫描，结果，我们就感觉到
荧光屏上整个都发光了。
荧光屏上整个都发光了。
太阳磁暴 太阳磁暴
地磁场的磁层分布图
地磁场的磁层分布图
宇宙射线 宇宙射线
从太阳或其他星体上，从太阳或其他星体上，
时刻都有大量的高能粒子流放 时刻都有大量的高能粒子流放 出，称出，称为为宇宙射线宇宙射线。这些高能。这些高能 粒子流若都到达地球，将对地 粒子流若都到达地球，将对地 球上的生物带来危害。但由于 球上的生物带来危害。但由于 地球周围存在磁场，在洛伦兹 地球周围存在磁场，在洛伦兹 力的作用下，改变了宇宙射线 力的作用下，改变了宇宙射线 中带电粒子的运动方向，从而 中带电粒子的运动方向，从而 对宇宙射线起了一定的阻挡作 对宇宙射线起了一定的阻挡作 用。用。
宇宙射线 宇宙射线
思考与讨论 思考与讨论
由 由 F F
洛洛=q =q v v B B ，可得 ，可得 B=F B=F
洛洛/q /q v v ，与电场 ，与电场 强度 强度 E=F/q E=F/q 对比，可知磁场与电场有着怎样 对比，可知磁场与电场有着怎样
的不同之处？
的不同之处？
磁场只与运动电荷有关。
磁场只与运动电荷有关。
静止的电荷和运动的电荷周围都 静止的电荷和运动的电荷周围都
能产生电场，而磁场只能由运动电荷产生。
能产生电场，而磁场只能由运动电荷产生。
故静止的电荷只能受库仑力的作用，而运 故静止的电荷只能受库仑力的作用，而运
动的电荷既受库仑力的作用，还会受到洛 动的电荷既受库仑力的作用，还会受到洛
伦兹力的作用。
伦兹力的作用。
电荷在电场中电荷在电场中一定一定要受到电场力的作用要受到电场力的作用 运动电荷在磁场中
运动电荷在磁场中不一定不一定要受到洛伦兹力的作用要受到洛伦兹力的作用 电场力电场力 F=qEF=qE 洛伦兹力洛伦兹力 F=qvF=qvBB
电场力方向与电场方向
电场力方向与电场方向平行平行 洛伦兹力方向与磁场方向
洛伦兹力方向与磁场方向垂直垂直
电场力对运动的电荷
电场力对运动的电荷不一定不一定做功做功 洛伦兹力对运动的电荷
洛伦兹力对运动的电荷一定不一定不做功做功 思考与讨论
思考与讨论
你能指出电场和磁场对电荷作用力的不同吗？你能指出电场和磁场对电荷作用力的不同吗？
11 、大小的不同：、大小的不同：
22 、方向的不同：、方向的不同：
33 、作用关系的不同：、作用关系的不同：
44 、做功的不同：、做功的不同：
11 、试判断下列运动的带电粒子在磁场中所、试判断下列运动的带电粒子在磁场中所 受洛伦兹力的方向：
受洛伦兹力的方向：
课堂练习 课堂练习
22 、带电量为＋、带电量为＋ qq 的粒子，在匀强磁场中的粒子，在匀强磁场中 运动，下面说法正确的是（ ）
运动，下面说法正确的是（ ）
AA 、只要速度、只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就大小相同，所受的洛伦兹力就 相同相同
BB 、如果把＋、如果把＋ qq 改为－改为－ qq ，且速度反向大小，且速度反向大小 不变，则所受的洛伦兹力大小、方向均不变
不变，则所受的洛伦兹力大小、方向均不变
CC 、只要带电粒子在磁场中运动，、只要带电粒子在磁场中运动，就一定受就一定受 洛伦兹力作用
洛伦兹力作用
DD 、带电粒子受洛伦兹力小、带电粒子受洛伦兹力小，则该磁场的磁，则该磁场的磁 感应强度小
感应强度小
BB
课堂练习 课堂练习
3 3 、电子以初速度 、电子以初速度 v v 垂直进入磁感应强度为 垂直进入磁感应强度为 B B 的 的 匀强磁场中
匀强磁场中 , , 则 则 ( ) ( )
A A 、磁场对电子的作用力始终不变 、磁场对电子的作用力始终不变 . . B B 、磁场对电子的作用力始终不做功 、磁场对电子的作用力始终不做功 C C 、电子的速度始终不变 、电子的速度始终不变 . .
D D 、电子的动能始终不变 、电子的动能始终不变 BD BD
课堂练习 课堂练习
C C
4 4 、一长直螺线管通有交流电，一个电 、一长直螺线管通有交流电，一个电 子以速度 子以速度 v v 沿着螺线管的轴线射入管内，则电 沿着螺线管的轴线射入管内，则电
子在管内的运动情况是：
子在管内的运动情况是： ( ( ) ) A A 、匀加速运动 、匀加速运动
B B 、匀减速运动 、匀减速运动 C C 、匀速直线运动 、匀速直线运动
D D 、在螺线管内来回往复运动 、在螺线管内来回往复运动
课堂练习 课堂练习
5 5 、如图示，一带负电的小滑块从粗糙的斜面 、如图示，一带负电的小滑块从粗糙的斜面 顶端滑至底端时的速率为
顶端滑至底端时的速率为 v v ；若加一个垂直纸 ；若加一个垂直纸 面向外的匀强磁场，并保证小滑块能滑至底 面向外的匀强磁场，并保证小滑块能滑至底
端，则它滑至底端时的速率将（ ） 端，则它滑至底端时的速率将（ ） A A 、变大 、变大
B B 、变小 、变小
C C 、不变 、不变
D D 、条件不足，无法判断 、条件不足，无法判断
B B
课堂练习 课堂练习
66 、十九世纪二十年代、十九世纪二十年代 , , 以塞贝克以塞贝克 (( 数学数学 家家 )) 为代表的科学家已认识到为代表的科学家已认识到 : : 温度差会引起温度差会引起 电流电流 , , 安培考虑到地球自转造成了太阳照射后安培考虑到地球自转造成了太阳照射后
正面与背面的温度差
正面与背面的温度差 , , 从而提出如下假设从而提出如下假设 : : 地地 球磁场是由绕地球的环形电流引起的
球磁场是由绕地球的环形电流引起的 , , 则该假则该假 设中的电流方向是（ ）
设中的电流方向是（ ）
AA 、由西向东垂直磁子午线 、由西向东垂直磁子午线 BB 、由东向西垂直磁子午线、由东向西垂直磁子午线
CC 、由南向北沿磁子午线 、由南向北沿磁子午线
DD、由赤道向两极沿磁子午线方向、由赤道向两极沿磁子午线方向 BB
