磁场对运动电荷的作用公开课

磁场对运动电荷的作用是一个重要的物理概念，通常被称为洛伦兹力。这种作用力不仅在理论物理学中占有重要地位，而且在许多实际应用中也非常重要，例如在电磁感应、霍尔效应等现象中。以下是关于磁场对运动电荷作用的一些关键点：

洛伦兹力的发现和定义

洛伦兹力是由荷兰物理学家洛伦兹（H.A. Lorentz）首次提出的，为了纪念他，这种力被命名为洛伦兹力。洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力，其表达式为 $f = qvB\sin\theta$，其中 $f$ 表示洛伦兹力，$q$ 是电荷量，$v$ 是电荷的速度，$B$ 是磁感应强度，$\theta$ 是电荷速度与磁场方向之间的夹角。45

洛伦兹力的方向

洛伦兹力的方向始终与电荷运动方向垂直，这是通过左手定则来判定的。左手定则的使用方法是：伸开左手，让磁力线进入手心，四指指向正电荷运动的方向，拇指所指的方向就是正电荷所受的洛伦兹力的方向。对于负电荷，力的方向与正电荷相反。38

洛伦兹力的大小

洛伦兹力的大小取决于电荷的速度、电荷量、磁感应强度以及电荷速度与磁场方向之间的夹角。当电荷速度与磁场方向垂直时，洛伦兹力达到最大值，即 $f_{max} = qvB$。如果电荷速度与磁场方向平行，则洛伦兹力为零。5

带电粒子在磁场中的运动

当带电粒子进入磁场时，如果其速度方向与磁场方向不垂直，它将受到洛伦兹力的作用并开始偏转。如果速度方向与磁场方向垂直，带电粒子将在垂直于磁场方向的平面内做圆周运动。此时，粒子的回转半径和周期可以由以下公式计算得出：

• 回转半径 $R = \frac{mv}{qB}$，
• 回转周期 $T = \frac{2\pi m}{qB}$。 其中，$m$ 是粒子的质量。5

实验演示

在教学中，通过电子射线管的实验可以直观地展示磁场对运动电荷的作用。当电子束在没有外磁场的情况下沿直线运动，而施加磁场后，电子束的轨迹发生弯曲，这证明了磁场对运动电荷有作用力。13

教学应用

在教学过程中，教师可以利用上述概念和实验来帮助学生理解磁场对运动电荷的作用，并通过练习题来加深学生对洛伦兹力方向和大小计算的理解。3

通过上述信息，我们可以看到磁场对运动电荷的作用是一个多维度的物理现象，它不仅涉及到力的定义和计算，还包括了粒子在磁场中的运动轨迹和实验验证。这些知识点在物理学的教学和研究中都具有重要意义。

磁场对静止电荷有作用力吗？

磁场对静止电荷没有作用力。磁场对电荷的作用力，即洛伦兹力，仅在电荷运动时产生。这是因为磁场是用来传递电流间（包括运动电荷）的相互作用的介质，而静止电荷不形成电流，因此不会受到磁场的作用力。2311

洛伦兹力的大小如何计算？

洛伦兹力的大小可以通过公式 $F = Bqv$ 来计算，其中 $B$ 是磁感应强度，$q$ 是运动电荷的电量，$v$ 是电荷的运动速度。此外，洛伦兹力的方向始终与电荷运动方向垂直，因此对电荷不做功。513141516

电子束在磁场中偏转的实验是如何进行的？

电子束在磁场中偏转的实验通常在一个抽成真空的玻璃管中进行，管的左右两个电极分别连接到高压电源两极，使阴极发射电子。在没有磁场的情况下，电子束沿直线运动。当在电子束的路径上施加磁场时，电子束的轨迹会发生弯曲，改变磁场方向，电子束会向相反方向弯曲。这个实验可以验证磁场对运动电荷的作用力，即洛伦兹力。13101920212223

洛伦兹力的方向如何用左手定则判定？

洛伦兹力的方向可以通过左手定则来判定。使用左手定则时，需要伸开左手，让磁力线进入手心，四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所指的方向就是正电荷所受的洛伦兹力的方向。对于运动的负电荷，如电子，在磁场中所受的洛伦兹力方向与正电荷相反。348262728

带电粒子在磁场中做圆周运动时，其周期与哪些因素有关？

带电粒子在磁场中做圆周运动时，其周期与粒子的电荷量 $q$、质量 $m$ 以及磁感应强度 $B$ 有关。根据洛伦兹力和向心力的关系，可以推导出周期 $T$ 的公式为 $T = \frac{2\pi m}{qB}$。这表明，周期与速率无关，而是由粒子的物理属性和磁场的强度决定。529