第一章 第三节 洛伦兹力-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册同步全程学习全书word（粤教版）

第三节　洛伦兹力 [课标引领] 建构核心素养 物理观念 知道什么是洛伦兹力,通过观察电子束在磁场中的偏转,体会洛伦兹力概念的生成 科学思维 1.掌握洛伦兹力公式,会用公式分析求解洛伦兹力. 2.通过公式的推导过程,体会物理模型在分析规律中的重要作用 科学探究 通过洛伦兹力作用下电子束偏转的实验探究,感受磁场对运动电荷有力的作用 科学态度与责任 通过对阴极射线管中电子束的运动径迹观察分析,培养学生观察归纳能力 一、认识洛伦兹力　洛伦兹力的方向 如图所示,没有外加磁场时,观察到阴极射线管中电子束沿直线前进,当把一个蹄形磁铁跨放在阴极射线管外面,电子束运动的径迹向下弯曲,这种现象说明什么?调换蹄形磁铁磁极方向,发现电子束的运动径迹向上弯曲,这又说明了什么? 答案:说明磁场对运动电子有力的作用,这个力的方向与磁场方向有关. 1.洛伦兹力 磁场对运动电荷产生的作用力称为洛伦兹力. 2.洛伦兹力的方向 (1)当运动电荷的速度方向与磁场方向平行时,运动电荷不受洛伦兹力. (2)当运动电荷的速度方向与磁场方向垂直时,运动电荷受到的洛伦兹力,其方向既与磁场方向垂直,又与速度方向垂直. (3)方向判断——左手定则. 伸开左手,使大拇指与其余四指垂直,并且都与手掌在同一平面内,让磁感线垂直穿入手心,并使四指指向正电荷的运动方向,这时拇指所指的方向就是正电荷在该磁场中所受洛伦兹力的方向.运动的负电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向,与沿相同方向运动的正电荷所受力的方向相反. 二、洛伦兹力的大小 导线中带电粒子的定向运动形成了电流.电荷定向运动时所受洛伦兹力的合力,表现为导线所受的安培力.按照这个思路,请你尝试由安培力的表达式导出洛伦兹力大小的表达式. 提示:这里只讨论比较简单的情况:导线的方向与磁场的方向垂直,安培力的大小可以表示为F=BIL.这种情况下导线中电荷定向运动的方向也与磁场的方向垂直.建议沿以下逻辑线索前进. (1)设导线中每个带电粒子定向运动的速度都是v,单位体积的粒子数为n.算出图中的一段导线中的粒子数,这就是在时间t内通过截面a的粒子数.如果粒子的电荷量记为q,由此可以算出q与电流I的关系. (2)写出这段长为vt的导线所受的安培力F. (3)求出每个粒子所受的力,它等于洛伦兹力f.这时,许多中间量,如n、v、S、t等都应不再出现. 推导时仍然可以认为做定向运动的电荷是正电荷,所得结果具有普遍性. 答案:这段导线中的粒子数N=nvtS,电流I==qnvS;安培力F=BIL=BqnvS·vt;每个粒子所受的洛伦兹力f==qvB. 1.洛伦兹力与安培力的关系 安培力可以看作是大量定向移动电荷所受洛伦兹力的宏观表现. 2.洛伦兹力大小 (1)当v⊥B时,f=qvB. (2)当v与B成θ角时,f=qvBsin θ.  3.洛伦兹力的特点 由于洛伦兹力的方向总是与电荷运动方向垂直,因此洛伦兹力不做功. 1.判断正误 (1)运动电荷在磁场中一定受洛伦兹力.(　×　) (2)应用左手定则判断洛伦兹力的方向时,四指一定指向电荷运动方向.(　×　) (3)公式f=qvB,适用于任何情况.(　×　) (4)洛伦兹力和安培力是性质不同的两种力.(　×　) (5)洛伦兹力始终与带电粒子的运动方向垂直,故洛伦兹力永远不做功.(　√　) 2.用左手定则判断安培力方向和判断洛伦兹力方向有什么区别与联系? 答案:都是磁感线穿过手心,拇指指向受力方向,不同的是判断安培力方向时四指指向电流方向,判断洛伦兹力方向时四指指向正电荷运动方向或负电荷运动反方向,而正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向即为电流的方向. 3.电子的速率v=3.0×106 m/s,沿着与磁场垂直的方向射入B=0.10 T的匀强磁场中,它受到的洛伦兹力是多大? 答案:由f=qvB可知,f=1.6×10-19×3.0×106×0.10 N=4.8×10-14 N. 探究点一　洛伦兹力的方向 1.决定洛伦兹力方向的三个因素:电荷的正负、速度方向、磁感应强度的方向.当电性一定时,其他两个因素决定洛伦兹力的方向:如果只让一个反向,则洛伦兹力必定反向;如果让两个同时反向,则洛伦兹力方向不变. 2.洛伦兹力的特点:洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化.但无论怎样变化,洛伦兹力都与电荷运动方向垂直,故洛伦兹力永不做功,它只改变电荷的运动方向,不改变电荷的速度大小. 3.用左手定则判定负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力方向时,应注意将四指指向负电荷运动的反方向. [例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,其中垂直于纸面向里的是(　D　) 解析:根据左手定则可以判断,选项A中的负电荷所受的洛伦兹力方向向下;选项B中的负电荷所受的洛伦兹力方向向上;选项C中的正电荷所受的洛伦兹力方向