1.2磁场对运动电荷的作用力-【帮课堂】2022-2023学年高二物理同步精品讲义（人教版2019选择性必修第二册）

1.2磁场对运动电荷的作用力 基础导学 要点一、洛伦兹力的方向 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)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正电荷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)特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v决定的平面. 要点二、洛伦兹力的大小 1.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. 2.洛伦兹力的大小：F＝qvBsin θ，θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角. (1)当电荷运动方向与磁场方向垂直时：F＝qvB； (2)当电荷运动方向与磁场方向平行时：F＝0； (3)当电荷在磁场中静止时：F＝0. 要点突破 突破一：对洛伦兹力的进一步理解 (1)洛伦兹力的方向 ①决定洛伦兹力方向的因素有三个：电荷的电性(正、负)、速度方向、磁感应强度的方向． ②在研究电荷的运动方向与磁场方向垂直的情况时，由左手定则可知，F洛⊥B，F洛⊥v即F洛垂直于B和v两者决定的平面． 【特别提醒】　(1)公式F＝qvB中的v是带电粒子相对于磁场的运动速度． (2)判断负电荷在磁场中运动所受洛伦兹力的方向，四个手指要伸向负电荷运动的相反方向． (3)电荷运动的方向v和磁场的方向B不一定垂直，但洛伦兹力一定垂直于磁感应强度B和速度v的方向． (2)洛伦兹力与安培力的关系 区　别 联　系 ①洛伦兹力是指单个运动电荷所受到的磁场力，而安培力是指电流(即大量定向移动的电荷)所受到的磁场力 ②洛伦兹力永不做功，而安培力可以做功 ①安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观解释 ②大小关系：F安＝NF洛(N是导体中定向运动的电荷数) ③方向关系：洛伦兹力与安培力的方向特点一致，均可用左手定则进行判断 ①洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力，而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． ②尽管安培力是自由电荷定向移动时受到的洛伦兹力的宏观表现，但也不能认为安培力就简单地等于所有定向移动电荷所受洛伦兹力的和，一般只有当导体静止时才能这样认为． ③洛伦兹力恒不做功，但安培力却可以做功． 可见安培力与洛伦兹力既有紧密相关、不可分割的必然联系，也有显著的区别． (3)由安培力公式推导洛伦兹力公式 设导体内单位体积上自由电荷数为n，自由电荷的电荷量为q，定向移动的速度为v，设长度为L的导线中的自由电荷在t秒内全部通过面积为S的截面A，如下图所示，设通过的电荷量为Q，有Q＝nqSL＝ngS·vt，导线与磁场垂直． 又因为I＝，F安＝BIL，故F安＝BL＝B·L＝Bqv·SnL 洛伦兹力F洛＝，故F洛＝qvB 例一关于安培力和洛伦兹力，下面的说法正确的是(　　) A．安培力和洛伦兹力是性质不同的两种力 B．安培力和洛伦兹力，其本质都是磁场对运动电荷的作用力 C．这两种力都是效果力，其实并不存在，原因是不遵守牛顿第三定律 D．安培力对通电导体能做功，洛伦兹力对运动电荷不能做功 突破二：洛伦兹力与电场力的比较   洛伦兹力 电场力 性质 洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力 电场力是电场对电荷的作用力 产生 条件 磁场中静止电荷、沿磁场方向运动的电荷不受洛伦兹力 电场中的电荷无论静止、还是沿任何方向运动都要受到电场力 方向 (1)方向由电荷的正负、磁场的方向以及电荷的运动方向决定，方向之间的关系遵循左手定则 (2)洛伦兹力方向一定垂直于磁场方向以及电荷运动方向(电荷运动方向与磁场方向不一定垂直) (1)方向由电荷的正负、电场的方向决定 (2)正电荷受力方向与电场方向一致，负电荷受力方向与电场方向相反 大小 F＝qvB(v⊥B) F＝qE 作用 效果 洛伦兹力只改变电荷运动速度的方向，不能改变速度的大小 电场力既可以改变电荷运动的速度方向又可以改变电荷运动速度的大小 做功 情况 洛伦兹力一定不做功 电场力可以不做功，也可以做功 例二关于电场力与洛伦兹力，以下说法正确的是(　　) A．电荷只要处在电场中，就会受到电场力，而电荷静止在磁场中，也可能受到洛伦兹力 B．电场力对在电场中的电荷一定会做功，而洛伦兹力对在磁场中的电荷却不会做功 C．电场力与洛伦兹力一样，受力方向都在电场线和磁感线上 D．只有运动的电荷在磁场中才会受到洛伦兹力的作用 突破三：洛伦兹力在现代科技中的应用 (1)速度选择器 ①原理：如右图所示，所受重力可忽 略不计，运动方向相同而速率不同的正粒 子组成的粒子束射入相互