第1章 第2节 磁场对运动电荷的作用力（Word教参）-【优化指导】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第二册(人教版2019)

第2节　磁场对运动电荷的作用力 课程内容要求 核心素养提炼 1.通过实验探究，感受磁场对运动电荷有力的作用． 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. 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. 4．了解电视机显像管的基本构造和工作原理． 1.物理观念：通过观察电子束在磁场中的偏转，体会洛伦兹力，形成洛伦兹力的概念． 2．科学思维：通过洛伦兹力方向及大小的学习，体会物理模型在探索自然规律中的作用． 3．科学态度与责任：通过电视机显像管的工作原理分析，体会科学技术对社会发展的促进作用． [对应学生用书P6] 1．洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的力． 2．洛伦兹力的方向 (1)特点：运动的带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力的方向，与运动方向和磁感应强度方向都垂直． (2)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． [思考] 电荷在磁场中一定受到洛伦兹力的作用吗？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　磁场只对运动(速度)方向与磁感应强度方向不平行的电荷有力的作用．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，应使四指指向负电荷运动的反方向． 1．洛伦兹力与安培力的关系：安培力是洛伦兹力的宏观表现． 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的方向垂直，那么F＝qvB． (2)如果电荷运动的方向与磁场的方向夹角为θ，那么F＝qvB_sin_θ． [判断] (1)同一电荷以相同大小的速度进入磁场，速度方向不同时，洛伦兹力的大小也可能相同．(√) (2)若电荷的速度方向与磁场平行，则电荷不受洛伦兹力．(√) (3)电荷运动速度越大，它受到的洛伦兹力一定越大. (×) 1．电视机显像管原理：电视机显像管利用了电子束磁偏转的原理． 2．显像管结构：显像管由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成． 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，因此电子束打在荧光屏上的光点不断移动，这在显示技术中叫作扫描． [思考] 太阳释放出大量的等离子体和其他物质．其中射向地球的带电粒子在地球磁场的作用下会向两极偏转，形成梦幻般的极光．假如没有地球磁场的保护，这些带电粒子会对地球上的生物产生致命危害．带电粒子在磁场中为什么会发生偏转？ 提示　带电粒子在磁场中受洛伦兹力而发生偏转． [对应学生用书P7] 探究点一　洛伦兹力的方向 如图所示，电子由阴极向阳极运动(向右运动)过程中发生了向下偏转的现象，试问： (1)什么力使电子在运动过程中向下偏转？该力的方向如何？ (2)电子运动轨迹附近的磁场方向如何？电子所受洛伦兹力与磁场方向、电子运动方向存在什么关系？ 提示　(1)洛伦兹力　向下 (2)磁场方向向纸面里，电子所受洛伦兹力与磁场方向垂直，与电子运动方向垂直，满足左手定则． 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．当电荷的带电性质一定时，其他两个因素决定洛伦兹力的方向，如果只让一个因素反向，则洛伦兹力必定反向； 如果让两个因素同时反向，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，但洛伦兹力总与电荷的运动方向垂直，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． [特别提醒]　(1)洛伦兹力永不做功，而安培力可以做功． (2)利用左手定则判断洛伦兹力的方向时，四指的指向也可以理解为等效电流的方向． 试判断下列各图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向，其中垂直于纸面向里的是(　　) [思路点拨]　(1)明确磁场方向、带电粒子速度方向和带电性质． (2)利用左手定则判断带电粒子所受的洛伦兹力的方向． D　[根据左手定则可以判断，图A中的负电荷所受的洛伦兹力方向向下；图B中的负电荷所受的洛伦兹力方向向上；图C中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面向外；图D中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面向里，D正确．] [变式]　在[例1]中，若将图D改成如图所示的情景，则运动电荷所受洛伦兹力的方向怎样？ 解析　根据左手定则，让磁感线斜穿过掌心，四指指向正电荷运动方向，可判断洛伦兹力的方向垂直于纸面向里． 答案　垂直于纸面向里 [题后总结]　判断洛伦兹力方向的方法 洛伦兹力方向与安培力方向都可根据左手定则判断，但应注意以下两点： (1)洛伦兹力必垂直于v、B方向所决定的平面． (2)v与B不一