第一章 2 磁场对运动电荷的作用力-（教师WORD）2021-2022学年高中物理【精讲精练】人教版选择性必修 第二册 新课标辅导

2　磁场对运动电荷的作用力 [学业要求与核心素养] 1．通过实验探究，知道磁场对运动电荷有力的作用，知道什么是洛伦兹力。 2．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。 3．能用洛伦兹力的计算公式计算洛伦兹力的大小，会用左手定则判断洛伦兹力的方向。 4．了解电视机显像管的基本构造和工作原理。 一、洛伦兹力的大小和方向 1．洛伦兹力 (1)定义：运动电荷在磁场中所受的力。 (2)洛伦兹力与安培力的关系：通电导线在磁场中所受的安培力是导线中运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。 2．洛伦兹力的方向 (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个平面内；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，负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反。 (2)洛伦兹力方向的特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于B、v所决定的平面。 3．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。 二、电子束的磁偏转 应用：电视机显像管 1．构造：如图1－2－1所示，由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成。 图1－2－1 2．原理 (1)电子枪发射高速电子。 (2)电子束在磁场中偏转。 (3)荧光屏被电子束撞击发光。 3．扫描：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，使得电子束打在荧光屏上的光点从上向下、从左向右不断移动。 4．偏转线圈：使电子束偏转的磁场是由偏转线圈产生的。 |自我诊断| 1．判断正误。 (1)运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定会受到洛伦兹力的作用。(×) (2)运动电荷在某处不受洛伦兹力的作用，则该处的磁感应强度一定为零。(×) (3)用左手定则判断洛伦兹力方向时，“四指的指向”与正电荷定向移动方向相同。(√) (4)洛伦兹力对运动电荷不做功。(√) (5)电子束带负电，在显像管偏转磁场中的偏转方向与磁场方向相反。(×) (6)显像管中偏转磁场使电子所受到的洛伦兹力方向，仍遵守左手定则。(√) (7)在偏转区竖直方向的偏转磁场使电子束发生水平方向的移动。(√) 2．下列是洛伦兹力的是 A．电荷间的作用力 B．磁场对运动电荷的作用力 C．磁铁对小磁针的作用力 D．电场对电荷的作用力 解析　电荷间的作用力是静电力，不是洛仑兹力，故A错误；磁场对运动电荷的作用力是洛仑兹力，故B正确；磁铁对小磁针的作用力是磁场力，不是洛仑兹力，故C错误；电场对电荷的作用力是电场力，不是洛仑兹力，故D错误。 答案　B 知识点一　洛伦兹力的方向 [问题探究] 实验：观察阴极射线的轨迹 图1－2－2 实验现象：(1)没有磁场时，电子束是直线。 (2)电子束在蹄形磁铁的磁场中会发生偏转。 (3)改变蹄形磁铁磁场方向，电子束偏转方向发生改变。 [归纳升华] 洛伦兹力的方向 左手定 则图示 手掌：拇指与四指垂直且在同一平面内四指：正电荷运动方向或负电荷运动的反方向磁场：穿过手心拇指：洛伦兹力方向 方向关系 (1)B的方向与v的方向不一定垂直；(2)F⊥B、F⊥v一定成立 决定因素 电荷的正负、速度方向、磁场方向 特点 洛伦兹力方向始终与粒子运动方向垂直，故洛伦兹力不做功，只改变带电粒子的运动方向 [点睛之笔]　判断洛伦兹力的方向时，一定要先分清是正电荷还是负电荷。 [例1]　在阴极射线管的正上方平行放置通以强电流的一根长直导线，其电流方向如图1－2－3所示。则阴极射线将 图1－2－3 A．向上偏斜　　　　　　B．向下偏斜 C．向纸里偏斜　　　　　D．向纸外偏斜 [解析]　导线下方的磁场方向垂直纸面向里，阴极射线带负电，由左手定则可知洛伦兹力向下。 [答案]　B ●针对训练 1．如图1－2－4所示的磁感应强度B、电荷的运动速度v和磁场对电荷的作用力F的相互关系图中，画得正确的是(其中B、F、v两两垂直) 图1－2－4 答案　C 知识点二　洛伦兹力的大小 [问题探究] 探讨1：洛伦兹力与安培力有什么关系。 答：安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观本质。 探讨2：如图1－2－5所示，正电荷q以速度v进入匀强磁场中，速度与磁感应强度方向间的夹角为θ。洛伦兹力的大小为多少？ 图1－2－5 答：F洛＝qvBsin θ。 [归纳升华] 1．推导洛伦兹力公式：设有一段长为L，横截面积为S的直导线，单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，自由电荷定向移动的速率为v。这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中。 图1－2－6 (1)根据电流的定义式可知通电导线中的电流 I＝＝＝nqSv。 (2)通电导线所受的安培力F安