19-20鲁科版高中物理选修1-1（课件+教师用书）：第3章 第2节 磁场中的运动电荷 (2份打包)

第2节　磁场中的运动电荷 学 习 目 标 知 识 脉 络 1.会运用左手定则判断洛伦兹力的方向，会计算特殊情况下洛伦兹力的大小．(重点、难点) 2．知道电子的发现． 3．了解极光产生的机理. 一、洛伦兹力 1．定义 磁场对运动电荷的作用力． 2．方向 洛伦兹力的方向用左手定则来判断：伸开左手，使拇指与其余四指垂直，且处于同一平面内．让磁感线垂直穿入手心，四指指向正电荷运动的方向(若是负电荷，则四指指向负电荷运动的反方向)，拇指所指的方向就是洛伦兹力的方向． 3．大小 (1)当运动方向与磁场垂直时洛伦兹力的大小：F＝qvB. (2)当带电粒子的运动方向与磁场方向互相平行时，F＝0. 二、电子的发现 1．电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现阴极射线在磁场中偏转，并且通过分析证实了阴极射线的实质是高速运动的电子流． 电子的发现与X射线和物质放射性的发现一起被称为19世纪、20世纪之交的三大发现． 2．极光的解释：在地球的两极，有一种自然奇观——极光，出现在南半球的称为南极光，出现在北半球的称为北极光． 地球是个巨大的磁体，当宇宙射线掠过地球附近时，带电粒子受到地磁场的作用朝地球的磁极方向运动．这些粒子在运动过程中撞击大气，激发气体原子产生光辐射，这就是极光． 1．思考判断 (1)静止的带电粒子在磁场中也要受到洛伦兹力的作用．(×) (2)带电粒子只要在磁场中运动，就一定会受到洛伦兹力．(×) (3)带电粒子若沿磁场方向运动时不受洛伦兹力．(√) (4)电子的发现促使人们去探索原子内部的奥秘．(√) (5)地磁场对地球上的生命起着十分重要的保护作用．(√) (6)洛伦兹力仅改变宇宙射线中带电粒子的运动方向．(√) 2．合作探究 (1)怎样判断负电荷在磁场中运动时所受洛伦兹力的方向？ 【提示】　负电荷在磁场中受力的方向与正电荷受力的方向相反，利用左手定则时，四指应指向负电荷运动的反方向． (2)电子垂直进入匀强磁场后所受洛伦兹力的大小是否改变？其运动轨迹是什么形状？ 【提示】　不变　圆 洛伦兹力 1．洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力，而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现． 2．洛伦兹力与安培力的共同点 (1)安培力：当I∥B时，F＝0；洛伦兹力：当v∥B时，F＝0. (2)安培力：当I⊥B时，F＝BIl，洛伦兹力：当v⊥B时，F＝qvB. (3)洛伦兹力与安培力的方向都是根据左手定则来判断． 3．安培力和洛伦兹力的不同点：安培力推动导体运动时，对导体做功；洛伦兹力的方向与运动电荷的速度方向垂直，对运动电荷永远不做功． 1．(多选)下列说法正确的是(　　) A．运动电荷不受洛伦兹力的地方一定没有磁场 B．运动电荷受的洛伦兹力方向既与其运动的方向垂直，又与磁感线方向垂直 C．带电荷量为q的电荷，在磁场中运动速度大小不变，则所受洛伦兹力一定不变 D．洛伦兹力对运动电荷不做功 BD　[洛伦兹力的大小不但与速度大小有关，还与速度方向有关，如当v∥B时F＝0，而v⊥B时F＝qvB.洛伦兹力的方向总与速度方向垂直，对运动电荷不做功．同时又总与磁感线方向垂直，故B、D正确，A、C错误．] 2．在下列选项所示的四幅图中，正确标明了在磁场中带正电的粒子所受洛伦兹力F方向的是(　　) A　[由左手定则可知，洛伦兹力的方向一定与速度和磁场垂直，故C、D均错误；考虑到带电粒子带正电，可确定选项A正确，B错误．] 3．初速度为v0的电子，沿平行于通电长直导线的方向射出，直导线中电流方向与电子的初始运动方向如图所示，则(　　) A．电子将向右偏转，速率不变 B．电子将向左偏转，速率改变 C．电子将向左偏转，速率不变 D．电子将向右偏转，速率改变 A　[电子在通电长直导线产生的磁场中运动，由安培定则判定长直导线右侧区域内的磁场方向是垂直纸面向里的，再由左手定则判定电子所受洛伦兹力方向向右，所以电子向右偏转，但洛伦兹力的方向始终与速度方向垂直，洛伦兹力始终对电子不做功，电子的动能保持不变，速率不变，故选A.] 求解洛伦兹力的注意事项 (1)用左手定则判断洛伦兹力方向时，要特别注意运动电荷的正负，四指应指向正电荷运动的方向，或指向负电荷运动的反方向． (2)计算洛伦兹力的大小时，应注意弄清v与磁感应强度B的方向关系．当v⊥B时，洛伦兹力F＝qvB；当v∥B时，F＝0. 电子的发现 1．带电粒子进入磁场的速度与磁场平行时，不受洛伦兹力的作用，粒子做匀速直线运动． 2．带电粒子进入磁场的速度与磁场垂直时，洛伦兹力提供向心力，粒子做匀速圆周运动，如图所示，由牛顿第二定律得qvB＝.＝，粒子做匀速圆周运动的周期T＝.粒子做匀速圆周运动的半径R＝ 【例】　一带电粒子，沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场，粒子的一段径迹如图所示，径迹