四、磁场对运动电荷的作用

磁场对电流有力的作用，而电流是由电荷的定向移动形成的。因此， 我们自然会想到：这个力可能是作用在运动电荷上的，作用在整个通电导线上的安培力，只不过是作用在运动电荷上的力的宏观表现。

为了检验这种设想，让我们来做一个实验。图 7－15 是一个抽成真空的电子射线管，从阴极发射出来的电子束，在阴极和阳极间的高电压作用下，轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，于是可以显示出电子束运动的径迹。实验表明，在没有外磁场时，电子束是沿直线前进的（图 7－15 甲）。如果把射线管放在蹄形磁铁的两极间，荧光屏上显示的电子束运动的径迹发生了弯曲（图 7—15 乙和彩图 4）。这表明，运动电荷确实受到了磁场的作用力，这个力通常叫做洛伦兹力。

运动电荷在磁场中的受力方向也用左手定则来判定。但是应该注意： 我们规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，如果运动电荷是带负电的粒子，粒子运动的方向与电流的方向相反。

现在我们来确定洛伦兹力的大小。设在一匀强磁场中，垂直于磁场方向放入一段长 l（米）的通电导线，每米导线中有 n 个自由电荷。每个自由电荷的电量是 q（库），定向移动的速度是 v（米／秒）。因此，截面 A 右侧 vt（米）长的导线中的自由电荷，在 t 秒内全部通过截面 A（图 7－ 16）。这些自由电荷的电量 Q＝nqvt。根据电流强度的定义，导线中

的电流I Q t

I = nqvt

t

= nqv 。

磁场对这段导线的作用力 F＝IlB＝nqvlB，其中 nl 是长度为 l（米）的

导线中运动电荷的总数，所以单个运动电荷受到的力f F

nl

f＝qvB。

这就是说，当电荷在垂直于磁场的方向上运动时，磁场对运动电荷的作用力，等于电荷的电量和速率跟磁感应强度的乘积。在国际单位制中，上式中的各个物理量依次用牛、库、米／秒、特作单位。

当通电导线的方向跟磁场方向一致时，导线不受磁场的作用力。可见， 电荷的运动方向跟磁场方向一致时，电荷不受磁场的作用力。