第一章 2．磁场对运动电荷的作用力（教师用书）-2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册【金版新学案】同步导学（人教版2019）

2．磁场对运动电荷的作用力 【核心素养目标】 物理观念 知道洛伦兹力是安培力的微观实质；会判断洛伦兹力的方向、会计算洛伦兹力的大小；了解洛伦兹力的应用。 科学思维 利用类比迁移思考洛伦兹力方向的判断方法——左手定则，通过建模，利用安培力公式推导洛伦兹力的大小。 科学探究 在理论基础上推导出用左手定则判断洛伦兹力的方向和其大小计算公式后，利用实验的方法验证洛伦兹力的方向和大小。 科学态度与责任 通过洛伦兹力方向和大小的推导，明确科学发展需要理论推导和实验验证两条腿走路。 学生用书第12页 一、洛伦兹力的方向 1．洛伦兹力的定义：运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力。 2．洛伦兹力的方向 (1)判断方法：左手定则。 (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，如图所示。负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反。 二、洛伦兹力的大小 1．电荷量为q的粒子以速度v运动时，如果速度方向与磁感应强度B的方向垂直，那么粒子受到的洛伦兹力为F＝qvB。 2．当电荷沿磁场方向运动(即v与B的夹角θ＝0或v∥B)时，F＝0。 3．当电荷运动的方向与磁场的方向夹角为θ时，F＝qvBsin_θ。 三、电子显像管的工作原理 1．构造：如图所示，由电子枪、偏转线圈和荧光屏三部分组成。 2．原理 (1)电子枪发射电子。 (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。 1．判断正误 (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不同。(　　) (2)如果电荷的速度方向与磁场方向平行，则该电荷所受洛伦兹力最大。(　　) (3)电荷在磁场中一定受到洛伦兹力的作用。(　　) (4)仅在洛伦兹力作用下，电荷的动能一定不会变化。(　　) (5)显像管中偏转线圈中的电流恒定时，电子打在荧光屏上的位置是不变的。(　　) 答案：　(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√ 2． 链接实景 一带负电的离子束沿图中箭头方向从两磁极间通过时，它受到的洛伦兹力方向是怎样的？ 提示：　由题图及左手定则可知，带负电的离子束所受的洛伦兹力的方向向下。 学生用书第13页 知识点一　洛伦兹力的方向 地磁场是地球的卫士，它能有效地防止宇宙射线射向地球。假设有一束带正电的宇宙射线粒子垂直于地面向赤道射来，那么它是如何起到保护地球的作用呢？ 提示：　由于地磁场的作用，使带正电的宇宙射线粒子相对于预定地点向东偏转。 1．决定洛伦兹力方向的因素 电荷的电性(正、负)、速度方向、磁感应强度的方向是决定洛伦兹力方向的三个因素。 2．F、B、v三者方向间的关系 电荷运动方向和磁场方向间没有因果关系，两者关系是不确定的。电荷运动方向和磁场方向确定洛伦兹力方向，F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v所决定的平面。 3．洛伦兹力不做功 由于洛伦兹力方向始终与电荷运动的方向垂直，故洛伦兹力对运动电荷不做功，它只改变电荷速度的方向，不改变电荷速度的大小。 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。 D　[根据左手定则可以判断，A中的负电荷所受的洛伦兹力方向向下，A错误；B中的负电荷所受的洛伦兹力方向向上，B错误；C中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸外，C错误；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。] (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。　　 针对练1．(2021·太原高二期末)关于洛伦兹力，下列说法正确的是(　　) A．带电粒子在磁场中运动时，一定受到洛伦兹力的作用 B．由于安培力是洛伦兹力的宏观表现，所以洛伦兹力也会做功 C．洛伦兹力方向一定与电荷运动方向垂直，但磁场方向不一定与电荷运动方向垂直 D．若运动电荷在空间某点不受洛伦兹力，则该点的磁感应强度一定为零 C　[带电粒子平行于磁场运动时，不受洛伦兹力作用，A错误；洛伦兹力的方向始终与电荷运动的方向垂直，所以洛伦兹力不做功，B错误；洛伦兹力与速度方向垂直，速度方向与磁场方向不一定垂直，C正