[学生解答]
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指向纸里。
讨论B、v、F三者方向间的相互关系。如图所示。
甲 v与B垂直 乙 v与B不垂直
洛伦兹力与粒子运动方向、磁感应强度方向的关系
学生:F总垂直于B与v所在的平面。B与v可以垂直,可以不垂直。
(3)洛伦兹力的大小
现在我们来研究一下洛伦兹力的大小。通过"思考与讨论",来推导公式F=qvBsinθ时,应先建立物理模型(教材图3.5-3),再循序渐进有条理地推导,这一个过程可放手让学生完成,体现学习的自主性。
也可以通过下面的命题引导学生一一回答。
设有一段长度为L的通电导线,横截面积为S,导线每单位体积中含有的自由电荷数为n,每个自由电荷的电量为q,定向移动的平均速率为v,将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中。
[问题]这段导线中电流I的微观表达式是怎样的?让学生推导后回答。
[学生答]I的微观表达式为I=nqSv
[问题]这段导体所受的安培力为多大?[学生答]F安=BIL
[问题]这段导体中含有多少自由电荷数?
[学生答]这段导体中含有的电荷数为nLS。
[问题]每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为多大?
[学生答]安培力可以看作是作用在每个运动电荷上的洛伦兹力F的合力,这段导体中含有的自由电荷数为nLS,所以F=F安/nLS=BIL/nLS=nqvSLB/nLS=qvB。
[问题]当运动电荷的速度v方向与磁感应强度B的方向不垂直时,设夹角为θ,则电荷所受的洛伦兹力大小为多大?
(4)洛伦兹力的计算公式
①当粒子运动方向与磁感应强度垂直时(v⊥B) F=qvB
②当粒子运动方向与磁感应强度方向成θ时 F=qvBsinθ
上两式各量的单位: