1.2磁场对运动电荷的作用力-2022-2023学年高二物理素养提升学案（人教版2019选择性必修第二册）

选择性必修二学案 第一章 安培力与洛伦兹力 2　磁场对运动电荷的作用力 一、新课标要求 1．知道通电导线受到的安培力是洛伦兹力的宏观表现。 2．会判断洛伦兹力的方向，理解洛伦兹力对带电粒子不做功。 3．会推导洛伦兹力的公式F＝qvB，并掌握其适用条件。 4．了解电视显像管的工作原理。 二、科学素养要求 1.物理观念：理解洛伦兹力能量守恒定律及永动机不可能制成 2.科学思维：通过推导洛伦兹力公式的过程，培养归纳总结、分析推理能力。 3.科学探究：通过阴极射线管中电子偏转，体验科学家探究洛伦兹力的方向过程。 4.科学态度与责任：通过了解电视显像管的工作原理，培养实事求是的科学态度，培养探究科学的兴趣。 三、教材研习 知识点一　洛伦兹力的方向 [情境导学] 如图所示，阴极射线管发出的高速电子流，电子由阴极向阳极运动(向右运动)过程中，不加磁场时电子的径迹不变，为什么加了如图所示的磁场后电子在运动过程中向下偏转？ 提示：不加磁场时电子不受磁场的力的作用，加上磁场后电子受到磁场的力的作用向下偏转。该力的方向由磁场方向和电子运动的方向共同决定。 [问题探究] 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。 [要点归纳] 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。 [知识梳理] 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。 [例题1]　在阴极射线管中电子流方向由左向右，其上方放置一根通有如图所示电流的直导线，导线与阴极射线管平行，则电子将(　　) A．向上偏转　　 　　 　　 B．向下偏转 C．向纸里偏转 D．向纸外偏转 【特别提醒】 在应用左手定则时，首先要判断运动的带电粒子所带的电性，若带正电，四指所指的方向与粒子运动方向一致；若带负电，四指所指的方向与粒子运动方向相反。　　　　 [针对训练] 1．判断正误。 (1)洛伦兹力一定与电荷运动方向垂直。(√) (2)正电荷所受的洛伦兹力的方向与磁场方向相同，负电荷所受的洛伦兹力的方向与磁场方向相反。(×) (3)磁场对运动电荷的作用力方向与磁场方向有关。(√) (4)判断电荷所受洛伦兹力的方向时应同时考虑电荷的电性。(√) 2．[多选]一带电粒子(重力不计，图中已标明粒子所带电荷的正负)进入磁场中，下列关于磁场方向、速度方向及带电粒子所受的洛伦兹力方向的标示正确的是(　　) 3．在下列四个选项中，正确标明了带正电粒子所受洛伦兹力F方向的是(　　) 4．一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、3三束粒子流，则下列选项不正确的是(　　) A．1带正电　　　 B．1带负电 C．2不带电 D．3带负电 5．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．垂直纸面向里偏转 D．垂直纸面向外偏转 知识点二　洛伦兹力的大小 [情境导学] 处在同一匀强磁场中的某一带电粒子，如果按下面三种运动方向运动，如图所示，其所受洛伦兹力的大小是否相同？ 提示：同一粒子按上述三种不同的运动方向运动，所受的洛伦兹力大小不同。 【问题探究】 如图所示，直导线长l，电流为I，单位体积内的自由电荷数为n，截面积为S，每个电荷的电荷量均为q，定向运动速度为v，磁场的磁感应强度为B。 (1)这段通电导线所受的安培力是多大？ (2)此段导线的自由电荷个数是多少？ (3)每个自由电荷受到的洛伦兹力又是多大？ [要点归纳] 1．对公式F＝qvB的理解 (1)适用条件：运动电荷的速度方向与磁场方向垂直，相对磁场静止的电荷不受洛伦兹力作用。 (2)常见情况 ①当v⊥B时，F洛＝qvB，即运动