第6章 第2节 磁场对运动电荷的作用-2021-2022学年高中物理选修3-1【名师导航】同步Word教参(鲁科版)

第2节　磁场对运动电荷的作用 [学习目标]　1.通过实验探究认识磁场对运动电荷的作用力。(科学探究)2.知道洛伦兹力的定义，能计算洛伦兹力的大小，会判断其方向。(科学思维)3.知道安培力与洛伦兹力的关系，能从安培力的计算公式推导出洛伦兹力的计算公式。(科学思维) 一、探究磁场对电荷的作用 1．磁场对静止电荷的作用 2．磁场对运动电荷的作用 二、从安培力到洛伦兹力 1．洛伦兹力 (1)定义：磁场对运动电荷的作用力。 (2)与安培力的关系：通电导线在磁场中受到安培力可以看成是大量运动电荷受到洛伦兹力的宏观表现。 2．洛伦兹力的大小 (1)公式：F＝qvB。 (2)条件：电荷在垂直于磁场方向上运动。 (3)推导：设有一段长度为l的通电导线，横截面积为S，单位体积中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，垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中，如图所示。 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。 (4)当运动电荷速度v与磁感应强度B的方向的夹角为θ时，洛伦兹力的大小为F＝qBv sin θ。 3．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。 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)运动电荷在磁场中一定受洛伦兹力的作用。 (×) [提示]　速度方向与磁场方向平行时不受洛伦兹力的作用。 (2)正电荷所受洛伦兹力的方向与磁场方向相同。 (×) [提示]　洛伦兹力方向与磁场方向垂直。 (3)电荷垂直磁场运动时，洛伦兹力最小，平行磁场运动时洛伦兹力最大。 (×) [提示]　电荷垂直磁场运动时洛伦兹力最大。 (4)洛伦兹力始终与带电粒子的运动方向垂直，故洛伦兹力永远不做功。 (√) (5)洛伦兹力在匀强磁场中一般是变力，而电场力在匀强电场中是恒力。 (√) 2．(多选)下列说法正确的是(　　) A．所有电荷在电场中都要受到电场力的作用 B．所有电荷在磁场中都要受到洛伦兹力的作用 C．一切运动电荷在磁场中都要受到洛伦兹力的作用 D．运动电荷在磁场中，只有当垂直于磁场方向的速度分量不为零时，才受到洛伦兹力的作用 AD　[电荷在电场中受电场力F＝qE，不管运动还是静止都一样，故A对；电荷在磁场中的运动方向与磁场不平行时则一定受洛伦兹力作用，故D对。] 3．关于电荷在磁场中的运动速度、磁场和电荷受到的洛伦兹力三者之间的方向关系，其中正确的是(　　) A　　B　　C　　D A　[根据左手定则，A中电荷所受洛伦兹力方向向下，A正确；B中电荷所受洛伦兹力方向向下，B错误；C中电荷运动方向与磁场方向平行，不受洛伦兹力，C错误；D中电荷所受洛伦兹力方向垂直纸面向外，D错误。] 洛伦兹力的方向 1.洛伦兹力的方向：电荷的运动方向与磁场方向垂直时，由左手定则可知，洛伦兹力的方向既与磁场方向垂直，又与电荷的运动方向垂直，即洛伦兹力垂直于v和B两者所决定的平面。 2．洛伦兹力方向的决定因素：电荷的电性(正、负)、速度方向、磁场的方向。当电荷电性一定时，其他两个因素中，如果只让一个因素相反，则洛伦兹力方向必定相反；如果同时让两个因素相反，则洛伦兹力方向将不变。 3．洛伦兹力的做功情况：由于洛伦兹力的方向总是与运动电荷的速度方向垂直，所以洛伦兹力对运动电荷不做功，洛伦兹力只改变电荷速度的方向，不改变速度的大小。 【例1】　运动电荷在磁场中发生偏转，说明磁场对运动电荷有力的作用。将阴极射线管的两极与高压电源连接后，加上如图所示的磁场，可观察到从负极向右射出的高速电子流(电子带负电)的偏转情况是(　　) A．平行纸面向上偏转　　　 B．平行纸面向下偏转 C．垂直纸面向内偏转 D．垂直纸面向外偏转 D　[电子流受到洛伦兹力作用发生偏转，电子流带负电，应用左手定则判断洛伦兹力时，四指应指向电子流运动的反方向，磁感线穿过掌心，则拇指垂直于纸面向外，故电子流垂直纸面向外偏转，选项D正确。] 判断洛伦兹力方向时的易错点 (1)注意电荷的正负，尤其是判断负电荷所受洛伦兹力方向时，四指应指向电荷运动的反方向。 (2)注意洛伦兹力的方向一定垂直于B和v所决定的平面。 1．一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，则不正确的是(　　) A．1带正电　　 B．1带负电 C．2不带电 D．3带负电 B　[根据左手定则，正电荷粒子左偏，即1；不偏转说明不带电，即2；带负电的粒子向右偏，说明是3，因此答案为B。] 洛伦兹力的大小 1.洛伦兹力的大小 (1)只有运动电