第二节 洛伦兹力-【帮课堂】2022-2023学年高二物理同步精品讲义（沪科版上海选择性必修第二册 ）

洛伦兹力 自学主题：洛伦兹力 自学目标： 1、洛伦兹力的方向和大小 2、电子束的磁偏转 兴趣起航 在地球南北两极附近的高空，夜间常会出现美丽灿烂的光辉，这种壮丽动人的光辉叫做极光。大多数极光出现在地球上空 90 ～ 130 km 处。我们该去哪儿才能欣赏到极光呢？ 乐学善思 - 知识探索 - 一、洛伦兹力的大小和方向 1、磁场对通电导线的作用力 安培力大小:F=BILsinθ 导体中的电流是由电荷的定向移动产生的，磁场对通电导线（电流）有力的作用，由此磁场可能对运动电荷有力的作用。 2、磁场对运动电荷的作用力 如左图所示的实验装置叫做阴极射线管。阴极射线管的阴极会发射电子。如果在射线管的两极间加上高电压，阴极发射的电子就会向阳极高速运动，形成电子束。当电子束周围没有磁场时，电子束沿直线前进；当蹄形磁体移至射线管旁边时，电子束运动的径迹就发生了弯曲，如右图所示。电子束在磁场中会发生偏转，运动方向改变说明受到力的作用。 3、洛伦兹力 人们把运动电荷在磁场中所受到的力以荷兰物理学家洛伦兹（H. A. Lorentz， (1)定义：人们把运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力。 4、洛伦兹力的方向 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。 v F v F 结论：洛伦兹力的方向既跟磁场方向垂直F⊥B，又跟电方荷的运动方向垂直F⊥v，故洛伦兹力的方向总是垂直于磁感线和运动电荷所在的平面，即：F洛⊥Bv平面，但是B与v不一定垂直。 因为洛伦兹力与速度方向垂直，所以洛伦兹力对电荷不做功,只改变粒子速度的方向，不改变粒子速度的大小。 5、洛伦兹力的大小 实验和理论都表明,电荷量为q的粒子以速度v定向移动时,如果电荷运动方向与磁场方向垂直,那么带电粒子所受的洛伦兹力大小为f=qvB 如果电荷运动方向与磁感应强度有夹角时，f＝qvBsin θ，θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角。 (1)当θ＝90°时，v⊥B，sin θ＝1，F＝qvB，即运动方向与磁场垂直时，洛伦兹力最大。 (2)当v∥B时，θ＝0°，sin θ＝0，F＝0，即运动方向与磁场平行时，不受洛伦兹力。 选讲： 若有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，单位体积中含有的自由电子数为n，每个自由电子的电量为e，定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中。 根据以上条件可得出通过导线截面的电荷量与时间之比，即电流 再由安培力公式 F = BIL 和这段导体中运动电子的总数 N = nSL，可求得每一个运动电荷 所受的洛伦兹力 6、洛伦兹力与安培力的关系 (1)安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现，而洛伦兹力是安培力的微观本质。 (2)洛伦兹力对电荷不做功，但安培力却可以对导体做功。 7、求解带电体在磁场中的运动问题的解题步骤 1．确定研究对象，即带电体； 2．确定带电体所带电荷量的正、负以及速度方向； 3．由左手定则判断带电体所受洛伦兹力的方向，并作出受力分析图； 4．由平行四边形定则、矢量三角形或正交分解法等方法，根据物体的平衡条件或牛顿第二定律列方程求解； 5．对于定性分析的问题还可以采用极限法进行推理，从而得到结论。 - 错题精讲 - 1.试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向 　 2.电荷量为＋q的粒子在匀强磁场中运动，下列说法正确的是( ) A．只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同 B．如果把＋q改为-q，且速度反向，大小不变，则洛伦兹力的大小方向不变 C．洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直 D．粒子的速度一定变化 3.(多选)关于电场和磁场对电荷的作用力，下列说法正确的是(　　) A.　洛伦兹力对运动电荷一定不做功 B.　带电粒子在磁场中运动时，一定受到洛伦兹力作用 C.　正电荷在电场中所受电场力的方向就是电场强度的方向 D.　正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向就是磁感应强度的方向 - 举一反三– 1. 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，其中垂直于纸面向外的 是（　　） A． B． C． D． 2.将含有大量正、负带电粒子及不带电粒子的气体以一定速度垂直于磁场喷入匀强磁场中，它们在磁场中的运动径迹分成了如图所示的三束，其中②是直线。则(　　) A.　①是带正电的粒子 B.　②是带正电的粒子 C.　③是带正电的粒子 D.　③是不带电的粒子 3.（多选）当一带正