师：同学们，今天我们一起来学习高二粤教版物理选择性必修2第一单元第三节洛伦兹力。我们知道磁场对通电直导线有作用力，而导线中的电流是由运动电荷形成的，由此可以推断，运动电荷在磁场中也会受到一个力。是不是这样呢？下面我们通过一个实验视频来观察磁场对运动电荷是否真的有作用力。
实验目的是观察磁场对运动电荷的作用力。实验器材有阴极射线管，高压起电机给阴极射线管加上高压后，阴极射线管从电子枪射出高速电子流，电子流方向从左向右。用U型磁铁加一个垂直纸面向内的磁场，电子流向下偏转，说明运动的电子受到一个向下的磁场力作用；若加一个垂直纸面向外的磁场，电子流向上偏转，说明运动的电子受到一个向上的磁场力；如果用条形磁铁加一个垂直纸面的磁场，电子束向下偏转。请同学们思考，靠近阴极射线管的一端是磁铁的S极还是N极？
上述实验表明，当没有外磁场时，阴极射线管中的电子束沿直线前进；当磁场方向与电子束前进方向垂直时，电子束的运动轨迹发生弯曲，这表明磁场的确对电子束产生了力。1895年，荷兰物理学家洛伦兹公布了磁场对运动电荷的作用力公式，为纪念他，人们将磁场对运动电荷的作用力称为洛伦兹力。因此，我们将洛伦兹力定义为运动电荷在磁场中受到的力。那么，洛伦兹力跟我们之前学的安培力有什么关系呢？通电导线在磁场中所受的安培力，是洛伦兹力的宏观表现，而洛伦兹力是安培力的微观本质。学习一个力，需要从力的方向和大小两个基本方面去了解，下面我们先学习洛伦兹力的方向。
我们知道通电导线在磁场中所受安培力的方向与磁场方向、电流方向等因素有关，电流由电荷定向移动形成，那么磁场对运动电荷产生的作用力，即洛伦兹力的方向，是不是也与磁场方向和电荷运动方向有关呢？如图所示，当阴极射线管两端加上高电压后，阴极射线管中的电子沿直线运动。改变磁场方向，观察不同情况下电子的偏转方向会有什么实验结果呢？
我们将实验结果记录到如图表格中：当所加磁场垂直纸面向外，电子向右运动时，电子向上偏转；当所加磁场垂直纸面向里，电子同样向右运动时，电子向下偏转。进一步实验表明，电子的偏转方向与磁场方向、电子运动方向的确有关。当运动电荷的速度方向与磁场平行时，运动电荷不受洛伦兹力；当运动电荷的速度方向和磁场垂直时，运动电荷受到的洛伦兹力方向既与磁场方向垂直，又与速度方向垂直。类比安培力方向的判断，洛伦兹力的方向也可以用左手定则来判断。
如图所示，大家跟着我一起做：伸开左手，使大拇指与其余四指垂直，且都与手掌在同一平面内。让磁感线垂直穿入手心，使四指指向正电荷的运动方向，此时拇指所指的方向就是正电荷在该磁场中所受洛伦兹力的方向。如果是运动的负电荷，其在磁场中运动时洛伦兹力的方向，与沿相同方向运动的正电荷所受力的方向相反，这就是判断洛伦兹力方向的左手定则。下面我们通过一道例题练习如何判断洛伦兹力的方向。
例一是判断下图中各带电粒子所受洛伦兹力的方向，或者带电粒子的运动方向。大家首先要清楚运动电荷是负电荷还是正电荷，根据左手定则可以判断出，A当中的粒子受到的洛伦兹力是竖直向下的；B和C是已知洛伦兹力方向，反过来推速度方向，同样根据左手定则可判断出，B向左运动，C向下运动；D是正电荷，同样可推出其速度向右；最后一个磁场水平向右，速度向上，可判断出此时它受到的洛伦兹力垂直纸面向外。下面我们来学习洛伦兹力的大小，洛伦兹力的大小遵循怎样的定量规律呢？我们知道通电导线在磁场中受到安培力作用，而电流由大量定向移动的电荷形成，因此可以将安培力看作是大量定向移动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。下面我们利用安培力的表达式推导洛伦兹力的表达式。
如图所示，这一通电导线处于磁感应强度为B的匀强磁场中，导线中电流方向与磁场方向垂直。只考虑其中一段长度为L的导线，假设这一段导线内定向移动的电荷数为n，导线所受安培力为F，每个电荷所受洛伦兹力假设为f，则有F = nf，即安培力等于n倍的洛伦兹力。
根据安培力的表达式F = BIL，再根据电流公式I = q / t（其中q是时间t内经过导线横截面积S的电量）。假设电荷定向移动速度是v，每个电荷所带电量是q，则有Q = nq以及L = vt，联立这些方程可得到导线中每个定向移动电荷所受洛伦兹力的大小为f = qvB。
进一步大量实验证实，这一结果同样适用于带电粒子在磁场中运动的情况。当电荷在垂直磁场的方向上运动时，磁场对运动电荷的洛伦兹力大小f等于电量q、电荷运动速率v、磁场磁感应强度B三者的乘积，即f = qvB。
仿照前面对于安培力大小的讨论可知，在一般情况下，当电荷运动方向与磁场方向不垂直，而是有一个夹角θ时，电荷所受洛伦兹力大小为f = qvBsinθ。由于洛伦兹力方向总是与电荷运动方向垂直，所以洛伦兹力不做功。下面我们通过课本上一道例题巩固一下洛伦兹力的相关知识点。