1.3 洛伦兹力（word教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修2（粤教版）

第三节　洛伦兹力 学习目标 核心素养 1.知道洛伦兹力的方向与电荷运动方向及磁感应强度方向的关系。 2.知道洛伦兹力公式的推导过程，会应用公式计算洛伦兹力的大小。 物理观念：洛伦兹力、左手定则 科学思维：利用安培力公式推导出洛伦兹力公式，体会安培力是洛伦兹力的宏观表现 科学探究：洛伦兹力的方向 授课提示：对应学生用书第9页 [知识梳理] 一、洛伦兹力的方向 1．洛伦兹力 荷兰物理学家洛伦兹于1895年公布了磁场对运动电荷的作用力公式，人们将磁场对运动电荷产生的作用力称为洛伦兹力。 2．洛伦兹力的方向判定——左手定则 伸开左手，使大拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿入手心，并使四指指向正电荷的运动方向，这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。 二、洛伦兹力的大小 1．公式推导 如图，有一段长为L的通电导线，横截面积为S，单位体积内含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，定向移动的平均速度为v，垂直放入磁感应强度为B的匀强磁场中。 导体所受安培力：F＝BIL。 导体中的电流：I＝nqSv。 导体中的自由电荷总数：N＝nSL。 由以上各式可推得，每个电荷所受洛伦兹力的大小为f＝＝qvB。 2．洛伦兹力的大小 (1)当v与B成θ角时：F＝qvBsin_θ。 (2)当v⊥B时：F＝qvB。 (3)当v∥B时：F＝0。 [自主评价] 1．判断正误 (1)电荷在磁场中一定会受到洛伦兹力的作用。(×) (2)仅在洛伦兹力作用下，电荷的动能一定不会变化。(√) (3)应用左手定则判断洛伦兹力的方向时，四指一定指向电荷运动方向。(×) (4)公式f＝qvB，用于任何情况。(×) (5)洛伦兹力和安培力是性质不同的两种力。(×) 2．情景思考 如图所示为湖北武当山金殿，以前在雷雨交加时，金殿的屋顶常会出现盆大的火球，来回滚动。雨过天晴时，大殿金光灿灿，像被重新炼洗过一般，这就是人们所说的“雷火炼殿”奇观。近些年为了保护古建筑，在金殿顶部安装了避雷针，此后，“雷火炼殿”的奇观消失了。假设某次雷雨时，有一团带大量负电荷的乌云经过其正上方时，发生放电现象，问： (1)通过避雷针的电荷，所受洛伦兹力的方向； (2)每个自由电荷的电荷量为q且定向运动的速率都是v，则每个自由电荷所受洛伦兹力多大？ 提示：(1)偏西　(2)qvB 授课提示：对应学生用书第10页 要点一　洛伦兹力的方向 　如图所示为阴极射线管，请回答下列问题： (1)没有磁场时，接通高压电源可以观察到什么现象？ (2)光束实质上是什么？ (3)若在电子束的路径上加磁场，可以观察到什么现象？ 提示：(1)电子束沿直线运动　(2)电子束　(3)电子束沿曲线运动 1．决定洛伦兹力方向的三个因素：电荷的正负、速度方向、磁感应强度的方向。当电性一定时，其他两个因素决定洛伦兹力的方向，如果只让一个反向，则洛伦兹力必定反向；如果让两个同时反向，则洛伦兹力方向不变。 2．洛伦兹力的特点：洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化。但无论怎样变化，洛伦兹力都与电荷运动方向垂直，故洛伦兹力永不做功，它只改变电荷的运动方向，不改变电荷的速度大小。 3．用左手定则判定负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力时，应注意将四指指向负电荷运动的反方向。 　试判断图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向，其中垂直于纸面指向纸里的是(　　) [思路点拨]　(1)明确磁场方向，带电粒子速度方向，带电粒子电性情况。 (2)利用左手定则判断带电粒子所受的洛伦兹力的方向。 [解析]　根据左手定则可以判断，选项A中的负电荷所受的洛伦兹力方向向下；选项B中的负电荷所受的洛伦兹力方向向上；选项C中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸外；选项D中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸里，D正确。 [答案]　D (1)洛伦兹力永不做功，虽然安培力是洛伦兹力的宏观表现，但安培力可以做功。 (2)利用左手定则判断洛伦兹力方向时，四指指向也可以理解为总是指向等效电流的方向。 (3)无论磁感应强度B的方向与电荷运动的速度方向是否垂直，洛伦兹力的方向一定垂直于B和v所决定的平面。 针对训练 1．如图所示，一带负电的粒子(不计重力)进入磁场中，图中的磁场方向、速度方向及带电粒子所受的洛伦兹力方向标示正确的是(　　) 解析：A图中带负电的粒子向右运动，掌心向外，四指所指的方向向左，大拇指所指的方向向下，选项A错误；B图中带负电粒子的运动方向与磁感线平行，此时不受洛伦兹力的作用，选项B错误；C图中带负电的粒子向右运动，掌心向外，四指所指的方向向左，大拇指所指的方向向下，选项C正确；D图中带负电的粒子向上运动，掌心向里，四指应向下，大拇指的方向向左，选项D错误。 答案：C 2.三种不同粒子a、