第1章 第2节　洛伦兹力—2020-2021学年新教材鲁科版（2019）高中物理选择性必修第二册同步学案

第2节　洛伦兹力 学习目标：1.[科学探究]通过实验，探究磁场对运动电荷的作用力。　2.[物理观念]知道什么是洛伦兹力，能计算洛伦兹力的大小，会判断洛伦兹力的方向。　3.[科学思维]知道洛伦兹力与安培力之间的关系，能从安培力的计算公式推导出洛伦兹力的计算公式。　4.[科学思维]掌握带电粒子在磁场中运动的规律，并能解答有关问题。 阅读本节教材，回答第9页“问题”并梳理必要知识点。 教材P9问题提示：电流是电荷的定向移动形成的，因此磁场对运动电荷会有力的作用，其作用力的大小与磁感应强度、电荷量及运动速度有关，其方向由左手定则判断。 一、磁场对运动电荷的作用 1．洛伦兹力：物理学中，把磁场对运动电荷的作用力称为洛伦兹力。 2．洛伦兹力的大小 (1)如果带电粒子速度方向与磁感应强度方向平行，f＝0。 (2)如果带电粒子速度方向与磁感应强度方向垂直，f＝qvB。 (3)如果电荷运动的方向与磁场方向夹角为θ，f＝qvBsin_θ。 二、从安培力到洛伦兹力 1．洛伦兹力的推导 设导线横截面积为S，单位体积中含有的自由电子数为n，每个自由电子的电荷量为e，定向移动的平均速率为v，垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中，如图所示。 截取一段长度l＝vΔt的导线，这段导线中所含的自由电子数为N，则 N＝nSl＝nSvΔt 在Δt时间内，通过导线横截面的电荷为 Δq＝neSvΔt 通过导线的电流为 I＝eq \f(Δq,Δt)＝neSv 这段导线所受到的安培力 F＝IlB＝neSv2BΔt 每个自由电子所受到的洛伦兹力 f＝eq \f(F,N)＝evB 安培力的微观解释示意图 2．洛伦兹力的方向判定——左手定则 伸开左手，拇指与其余四指垂直，且都与手掌处于同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。 三、带电粒子在匀强磁场中的运动 1．运动性质：当运动电荷垂直射入匀强磁场后，运动电荷做匀速圆周运动。 2．向心力：由洛伦兹力f提供，即qvB＝meq \f(v2,r)。 3．轨道半径：r＝eq \f(mv,qB)，由半径公式可知带电粒子运动的轨道半径与运动的速率、粒子的质量成正比，与电荷量和磁感应强度成反比。 4．运动周期：由T＝eq \f(2πr,v)可得T＝eq \f(2πm,qB)。由周期公式可知带电粒子的运动周期与粒子