磁场对运动电荷的作用力
答案：（1）运动电荷　（2）安培力　（3）直进的　（4）圆形　（5）电子束磁偏转
1．洛伦兹力
如图所示，玻璃管已经抽成真空，当左右两个电极按图示的极性连接到高压电源时，阴极会发射电子。电子在电场的加速下飞向阳极。挡板上有一个扁平的狭缝，电子飞过挡板后形成一个扁平的电子束。长条形的荧光板在阳极端稍稍倾斜向轴线，电子束射到荧光板上，显示出电子束的径迹。
从乙图中看出，阴极射线管（电子射线管）中的电子束在磁场中发生偏转，磁场对运动电荷确实存在作用力。荷兰物理学家洛伦兹首先提出了磁场对运动电荷有作用力的观点。物理学中把这种力——磁场对运动电荷的作用力
叫做洛伦兹力。
【例1】如图所示，宇宙射线中存在高能带电粒子，假如大气层被破坏，这些粒子就会到达地球，从而给地球上的生命带来危害，根据地磁场的分布特点，判断下列说法中正确的是（　　）
A．地磁场对直射向地球的宇宙射线的阻挡作用在南北两极最强，赤道附近最弱
B．地磁场对直射向地球的宇宙射线的阻挡作用在赤道附近最强，两极最弱
C．地磁场对宇宙射线的阻挡作用在地球周围各处相同
D．地磁场对宇宙射线无阻挡作用
解析：当带电粒子的运动方向与磁感线的方向在一条直线上时，磁场对它没有作用力，当带电粒子的运动方向与磁感线的方向垂直时，磁场对它的作用力最大。根据地磁场的方向和宇宙射线的入射方向不难判定，选项B正确。
答案：B
2．洛伦兹力的方向
（1）推理：左手定则判断安培力方向，大量定向移动的电荷所受洛伦兹力宏观表现为安培力，因此，可以用左手定则判定洛伦兹力的方向
。
（2）洛伦兹力的方向由左手定则来判定：
伸开左手，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线穿入手心，并使伸开的四指指向正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向；大拇指所指的方向就是电荷所受的洛伦兹力的方向。
甲　I与B垂直
乙　I与B不垂直
左手定则
谈重点  洛伦兹力的理解　（1）运动电荷在磁场中受力方向可用左手定则来判定。
（2）洛伦兹力F洛的方向既垂直于磁场B的方向，又垂直于运动电荷的速度v的方向，即F洛总是垂直于B和v所在的平面。
（3）使用左手定则判定洛伦兹力方向时，若粒子带正电，四个手指的指向与正电荷的
运动方向相同；若粒子带负电，四个手指的指向与负电荷的运动方向相反。注意电荷有正负之分，四指的指向应为正电荷的运动方向。
（4）洛伦兹力是安培力的微观表现，安培力是洛伦兹力的宏观表现，二者之间存在着必然的联系。
【例2－1】试判断下图中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向。
解析：伸开左手，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向；大拇指所指的方向就是电荷所受的洛伦兹力的方向。
答案：甲中正电荷所受的洛伦兹力方向向上。
乙中正电荷所受的洛伦兹力方向向下。
丙中正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向读者。
丁中正电荷所受的洛伦兹力的方向垂直于纸面向里。
【例2－2】如图所示，一阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现射线的径迹向下弯曲，则（　　）
A．导线中的电流从A到B
B．导线中的电流从B到A
C．若要使电子束的径迹向上弯曲，可以改变AB中的电流方向来实现
D．电子束的径迹与AB中的电流方向无关
解析：
A
×
B
√
C
√
根据左手定则，由于是负电荷，四指应指向左方，根据电子的偏转方向可以确定磁感应强度的方向为垂直纸面向里。根据安培定则，导线中的电流方向为B到A。运动电荷带负电，所以四指应指向其运动速度方向的反方向。磁感应强度方向、粒子的速度方向中任意一个反向，都会导致洛伦兹力反向，如果两个都反向，则洛伦兹力方向保持不变
D
×
根据左手定则知道粒子的径迹与电流的方向有直接的关系
答案：BC
3．电子束的磁偏转
如图所示的实验装置叫做洛伦兹力演示仪，可以演示洛伦兹力的方向和大小。
（1）洛伦兹力演示仪的构造
它由一个球形电子射线管和一组线圈组成，电子射线管可以发射电子，通过改变电子枪两极间的电压可以改变电子的速度，两组线圈之间可以产生磁场，通过改变线圈中电流的强弱可以改变磁感应强度的大小。
（2）实验过程
①接通射线管，不给线圈通电。
实验现象：电子束沿直线运动。
②接通射线管，并且给线圈通电。
实验现象：电子束沿曲线运动。
③保持电子射线管的电压不变，改变线圈中的电流。
实验现象：电子束沿曲线运动的半径发生变化。
④保持线圈的电流不变，改变电子射线管的电压。
实验现象：电子束沿曲线运动的半径发生变化。
（3）实验结论
磁场的强弱和电子的速度都能影响圆的半径（以上过程中利用了控制变量法）。
谈重点  物理实验方法　通过物理实验探究，利用控制变量法，让学生通过观察、分析实验现象，得到实验结论，这是物理实验的真谛。
【例3－1】一个长螺线管中通有恒定直流电，把一个带电粒子（不计粒子重力）沿着管轴线射入管中，粒子在管中做什么运动？
解析：通电螺线管内部的磁场是沿管轴线的，如图所示，即带电粒子的速度方向与磁感线在同一直线上（速度与磁感应强度方向之间的夹角等于0°或180°），所以粒子将不受洛伦兹力，又不计粒子的重力，所以粒子将匀速沿直线穿过磁场区域。
答案：见解析
【例3－2】来自宇宙中的质子流，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球
B．相对于预定地点稍向东偏转
C．相对于预定地点稍向西偏转
D．相对于预定地点稍向北偏转
解析：
答案：B
4．显像管的工作原理
（1）显像管的工作原理示意图如图所示。
（2）工作原理
显像管工作时，阴极发射电子，加速后电子在偏转电场、磁场作用下打到荧光屏上不同位置，荧光屏因大量电子撞击发光而形成图像。
（3）扫描
电子束打在荧光屏上的光点，按一定规则不断在水平方向、竖直方向移动叫扫描。电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫做一场。电视机中每秒要进行50帧扫描。
【例4－1】绕有绝缘的通电导线的铁环，电流方向如图所示。若有一电子束以垂直于纸面向里的速度从O点射入，（重力不计）则电子的运动轨迹如何？
解析：
答案：向左运动
【例4－2】如图所示是表示从粒子源S以相同速度射出的三种粒子A、B、C在匀强磁场中运动的轨迹，由此可判定（　　）
A．带正电的是C粒子　　　   B．带正电的是A粒子
C．不带电的是B粒子         D．带负电的是A粒子
解析：
答案：BC
5．电场和磁场对电荷作用的比较
（1）电荷在电场中一定要受到电场力的作用，而电荷在磁场中不一定受磁场力作用。只有相对于磁场运动且运动方向与磁场不平行的电荷才受磁场力作用，而相对于磁场静止的电荷或虽运动但运动方向与磁场方向平行的电荷则不受磁场力作用。
（2）电场对电荷作用力的大小仅决定于电场强度E和电荷量q，即F＝qE；而磁场对电荷的作用力大小不仅与磁感应强度B和电荷量q有关，还与电荷运动速度的大小v及速度方向与磁场方向的夹角θ有关，即F＝qvBsin θ。
（3）电荷所受电场力的方向总是沿着电场线的切线（与电场方向相同或相反），而电荷所受磁场力的方向总是既垂直于磁场方向，又垂直于运动方向（即垂直于磁场方向和运动方向所决定的平面）。
（4）电荷在电场中运动，电场力要对运动电荷做功（电荷在等势面上运动除外），电荷的动能、动量发生改变；而电荷在磁场中运动时，磁场力一定不会对运动电荷做功，电荷的动能不变，动量改变。
【例5】如图所示，在真空中匀强电场的方向竖直向下，匀强磁场方向垂直于纸面向里，三个油滴a、b、c带有等量同种电荷，其中a静止，b向右做匀速运动，c向左做匀速运动，比较它们的重力Ga、Gb、Gc间的关系，正确的是（　　）
A．Ga最大　　　　 B．Gb最大
C．Gc最大         D．Gb最小
解析：由带电油滴a静止知它不受洛伦兹力作用，故它所受的重力与电场力平衡，其受力如图（1）所示，所以它应带负电，且Ga＝qE。①
由于a、b、c三个油滴带等量同种电荷，所以b、c两油滴也带负电，所受的电场力方向竖直向上，大小都为F＝qE，由于b、c两带电油滴在磁场中匀速运动，它们还受到洛伦兹力作用，其受力如图（2）（3）所示。由平衡条件，可得：
b油滴：Gb＋f＝qE，②
c油滴：Gc＝qE＋f′③
并且：f＝f′④
由①②③④式可以判断Gc＞Ga＞Gb。
答案：CD
点评：解决电荷在电场、磁场中的运动问题时，分析电荷的受力情况是解决问题的关键，而判断电荷所受电场力或洛伦兹力的前提是明确电荷的电性。如本题中，在分析时要首先根据a油滴的状态及受力情况判断其电性，然后才能确定b、c两油滴的受力情况。