第一章 第2节 磁场对运动电荷的作用力(Word教参)-【状元桥·优质课堂】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第二册(人教版)

第2节　磁场对运动电荷的作用力 1.通过实验探究，感受磁场对运动电荷的作用力. 科学探究 2.知道什么是洛伦兹力，会用左手定则判断洛伦兹力的方向. 物理观念 3.了解洛伦兹力公式的推导过程，会用公式分析、求解洛伦兹力. 科学思维 4.了解电视显像管的基本构造和工作原理. 物理观念 知识点一　洛伦兹力的方向 1．洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力． 2．安培力的本质：磁场对通电导线的作用力实际上是磁场对导线中运动电荷的作用力的宏观表现. 3．方向 (1)左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向正电荷运动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向． (2)说明： ①负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反. ②当电荷运动方向与磁感线平行时，电荷不受洛伦兹力. 知识点二　洛伦兹力的大小 1．洛伦兹力大小的推导(导线与磁场垂直的情况) 如图所示，设有一段长度为L的通电导线，垂直放入磁感应强度为B的匀强磁场中．若导线中的电流为I，则该导线所受的安培力大小为F安＝ILB.设导线的横截面积为S，单位体积内的自由电荷数为n，自由电荷的电荷量为q，定向移动的速度为v，则电流I＝nSvq，这段导线内含有的自由电荷数为N＝nSL.整段导线所受的安培力F安可看成是作用在每个运动电荷上的洛伦兹力F的合力，即F安＝NF，因此每个自由电荷所受洛伦兹力F的大小为F＝qvB. 2．电荷量为q的粒子以速度v运动时，如果速度方向与磁场方向夹角为θ，那么电荷所受的洛伦兹力为F＝qvBsin_θ. 知识点三　电子束的磁偏转 1．显像管电视机中应用了电子束磁偏转的原理． 2．实际上，在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化，因此电子束打在荧光屏上的光点就会不断移动，这在显示技术中叫作扫描. 3．电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫作一场，电视机中的显像管每秒要进行50场扫描. 1．判断下列说法的正误． (1)静止的带电粒子在磁场中不受洛伦兹力的作用．(　　) (2)在磁场中运动的带电粒子，可能不受洛伦兹力作用．(　　) (3)电视机显像管中电子束的偏转是利用洛伦兹力．(　　) (4)电视机中的显像管每秒要进行220场扫描．(　　) 答案 (1)√　(2)√　(3)√　(4)× 2．(多选)一束混合粒子流从一发射源射出后，进入如图所示的磁场，分离为1、2、3三束粒子流，则下列说法正确的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A．1带正电　　　 B．1带负电 C．2不带电　　　 D．3带正电 答案　AC 解析　由左手定则可知，带正电的粒子向左偏转，即粒子1；不偏转说明不带电，即粒子2；带负电的粒子向右偏转，即粒子3，选项A、C正确. 考点一　对左手定则的理解和应用 【例题1】 (多选)如图所示的四种情况中，对各粒子所受洛伦兹力方向的描述正确的是(　　) 思维导引：(1)先明确电荷的正负、磁场方向、速度方向；(2)按照左右顺序，即伸开左手手掌→磁感线穿过掌心→四指指向带电粒子运动的方向，然后确定安培力的方向；(3)注意负电荷按照正电荷确定，最后把方向反过来即可． 答案　BD 解析　由左手定则可判断A图中洛伦兹力的方向垂直于v向左上方；B图中洛伦兹力的方向垂直于纸面向里；C图中洛伦兹力的方向垂直于纸面向里；D图中洛伦兹力的方向垂直于纸面向里；综上所述，选项B、D正确． 左手定则应用的两个要点 1．洛伦兹力的方向既垂直于带电粒子运动的方向，又垂直于磁场的方向，应用左手定则时必须使大拇指指向与四指指向和磁场方向均垂直． 2．用左手定则判定负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力时，有两种方式，一是可将四指指向负电荷运动的反方向；二是可按照正电荷的方向判断，最后把洛伦兹力的方向反过来． 【变式1】 (多选)下列各图是表示磁场磁感应强度B、负电荷运动速度v和磁场对运动电荷的洛伦兹力F的相互关系图，这四个图中正确的是(B、v、F两两垂直)(　　) 答案　ABC 解析　由左手定则可判断，选项A、B、C正确． 考点二　洛伦兹力作用下的平衡问题 【例题2】 如图所示是等离子体发电机的示意图，磁感应强度为B，两板间距离为d，要使输出电压为U，则求： (1)等离子的速度v； (2)电源a极的正负． 思维导引：(1)因为是基本粒子，不计重力，粒子在混合场中受电场力与洛伦兹力作用；(2)若电场方向向上，则正粒子所受电场力向上、洛伦兹力也向上，不可能受力平衡，同样负粒子受到向下的电场力和向下的洛伦兹力，也不可能受力平衡． 解析 (1)带电粒子在磁场中发生偏转，使上、下极板间出现电势差，形成电场．这时板间的带电粒子除受洛伦兹力外，还受电场力．当两力大小相等时