1.2 磁场对运动电荷的作用力（导学案）-2022-2023学年高二物理同步备课精编优选课件+导学案（人教版2019选择性必修第二册）

第2节　磁场对运动电荷的作用力 【知识梳理】 一、洛伦兹力的方向 方向的判断方法： 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。 2、 洛伦兹力的大小 1．推导： 设导体内单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，定向移动的速率为v，设长度为l的导线中的自由电荷在t时间内全部通过横截面S，则通过电荷量Q。 根据电流定义式I＝可得，I＝＝nqvS 根据安培力公式F安＝BIl可得，F安＝nqvSlB 这段导线中含有的运动电荷数为nlS，而安培力是磁场作用在这段导线中的每个运动电荷的洛伦兹力的合力，即F洛＝，故而可得洛伦兹力为F洛＝qvB 2．洛伦兹力公式： (1)当v⊥B时，F＝qvB。 (2)当v//B时，F＝0。 (3)当v与B成θ角时，F＝qvBsinθ。 三、电子束的偏转 1．构造：电视显像管主要由电子枪、偏转线圈和荧光屏三部分组成。 2．原理：电子显像管应用了电子束磁偏转的原理。 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、强度都在不断变化，使得电子束打在荧光屏上的光点不断移动。电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫作一场，电视机每秒要进行50场扫描。 【方法突破】 一、洛伦兹力的方向、大小 ■方法归纳 1．洛伦兹力的方向： (1)用左手定则判断洛伦兹力的方向操作图解： (2)洛伦兹力方向特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v所决定的平面。 2．洛伦兹力的大小： (1)洛伦兹力F＝Bvq的适用条件是B⊥v；当v的方向与B的方向成一角度θ时，F＝Bvq sin θ。 (2)若速度方向与磁场方向平行，则F＝0。速度大小或方向发生改变，则洛伦兹力也会随之改变。洛伦兹力永不做功，注意电荷的正负和速度方向。 【例1】电荷量为的粒子，在匀强磁场中运动，下列说法中正确的是（　　） A．只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就相同 B．如果把改为，且速度反向、大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变 C．只要带电粒子在磁场中运动，它一定受到洛伦兹力作用 D．带电粒子受到的洛伦兹力越小，则该磁场的磁感应强度越小 【针对训练1】如图所示，在正方体的四条沿轴方向的棱上，分别固定四根通有等大电流的等长导线。正方体的中心点P处有不断沿各个方向喷射带正电粒子的粒子源，关于粒子刚被喷出时所受到的洛伦兹力方向，下列说法中正确的是（　　） A．初速度方向沿x轴正方向，其所受的洛伦兹力方向沿z轴正方向 B．初速度方向沿x轴正方向，其所受的洛伦兹力方向沿y轴正方向 C．初速度方向沿y轴正方向，其所受的洛伦兹力方向沿z轴负方向 D．初速度方向沿y轴正方向，其所受的洛伦兹力方向沿x轴正方向 二、带电体在匀强磁场中的运动问题 ■方法归纳 1.带电体在匀强磁场中速度变化时洛伦兹力的大小往往随之变化，并进一步导致弹力、摩擦力的变化，带电体在变力作用下将做变加速运动。 2.利用牛顿运动定律和平衡条件分析各物理量的动态变化时，要注意弹力为零的临界状态的出现，此状态是弹力方向发生改变的转折点。 【例2】如图所示，a、b两个长方体物块叠放在粗糙水平地面上，物块a带正电，物块b不带电且为绝缘体，地面上方有垂直纸面向里的匀强磁场，现用水平恒力F拉物块b，使a、b一起无相对滑动地向左加速运动，在加速的过程中，物块a、b间的摩擦力（　　） A．逐渐减小 B．逐渐增大 C．先增大后减小 D．先减小后增大 【针对训练2】如图所示，足够长粗糙绝缘倾斜木板与水平面夹角为，一个质量为的物块刚好可以沿匀速下滑。让物块带上电荷量为的正电，整个装置置于垂直纸面向里的匀强磁场中。时给物块一个沿木板向下的初速度，物块运动的图像可能是（　　） A． B． C． D． 3、 带电粒子在磁场中的运动模型 1.速度选择器：如图所示，如果电场强度E和磁感应强度B为定值，当qE＝qvB时，带正电的粒子沿图中的虚线匀速通过速度选择器，这样，选择出来的速度v＝，如果粒子速度大于v将向上偏转，速度小于v将向下偏转。改变所选速度的大小可通过改变B和E的大小来实现。 2.磁流体发电机 磁流体发电机的发电原理图如图甲所示，其平面图如图乙所示。 设带电粒子的运动速度为v，带电荷量为q，磁场的磁感应强度为B，极板间距离为d，极板间电压为U，根据FB＝FE，有qvB＝qE＝，得U＝Bdv。 3.电磁流量计 如图甲、乙所示是电磁流量计的示意图。 设管的直径为D，磁感应强度为B，a、b两点间的电势差是由于导电液体中电荷受到洛伦兹力作用在管壁的上、下两侧堆积电荷产生的。到一定程度后，a、b两点间的电势差达到稳定值U，上、下两侧堆积的电荷不