第1章 第3节 洛伦兹力-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修 第二册同步课堂高效讲义教师用书（粤教版）

第三节　洛伦兹力 【核心素养目标】 物理观念 知道洛伦兹力是安培力的微观本质；会判断洛伦兹力的方向；会计算洛伦兹力的大小。 科学思维 利用类比迁移思考洛伦兹力方向的判断方法——左手定则；通过建模，利用安培力公式推导洛伦兹力的大小。 科学探究 在理论基础上推导出左手定则和大小计算公式后，利用实验的方法验证洛伦兹力的方向和大小。 科学态度与责任 通过洛伦兹力方向和大小的得出，明确科学发展需要理论推导和实验验证两条腿走路。 知识点一　洛伦兹力的方向 1．图甲是阴极射线管的结构示意图，射线管未放入磁场中时电子运动的方向及轨迹怎样？ 2．图乙是射线管放入磁场中时的情景，电子的径迹怎样？为什么会这样？ 3．如果仅将图乙中磁铁的磁极对调，电子的径迹怎样？ 提示：1．电子由阴极向阳极运动，轨迹是直线。 2．电子的径迹向下弯曲，是因为受到磁场的力的作用。 3．仅将磁铁的磁极对调，电子的径迹向上弯曲。 1．洛伦兹力 荷兰物理学家洛伦兹于1895年公布了磁场对运动电荷的作用力公式。为了纪念他，人们将磁场对运动电荷产生的作用力称为洛伦兹力。 2．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。 学生用书↓第15页 【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，四指一定指向电荷的运动方向。(×) 3．仅在洛伦兹力作用下，电荷的动能一定不会变化。(√) 1．洛伦兹力方向的三个决定因素：电荷的电性(正、负)、带电粒子的速度方向、磁感应强度的方向。 2．F洛、B、v三者方向间的关系 (1)洛伦兹力F的方向特点：F洛⊥B且F洛⊥v，即F洛垂直于B和v所决定的平面。 (2)v与B的方向关系：电荷的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(可以垂直、可以平行、也可以成任意夹角)。 3．洛伦兹力永不做功 由于洛伦兹力的方向始终与电荷的运动方向垂直，故洛伦兹力对运动电荷永不做功，它只改变电荷速度的方向，不改变电荷速度的大小。 下列图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向，其中垂直于纸面指向纸里的是(　　 ) D　[根据左手定则可以判断，A中的负电荷所受的洛伦兹力方向向下，A错误；B中的负电荷所受的洛伦兹力方向向上，B错误；C中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸外，C错误；D中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸里，D正确。] 特别提醒 电荷所受洛伦兹力的方向的判断提醒 1．对于正电荷，四指应指向电荷的运动方向； 2．对于负电荷，四指应指向电荷运动的反方向。 针对练1．(2023·江苏泰州高二联考)如图是磁感应强度B、负电荷运动速度v和磁场对运动电荷的作用力F三者方向的相互关系图，其中不正确的是(B、F和v两两垂直)(　　 ) D　[根据左手定则：磁感线穿入手心，四指指向负电荷运动的反方向，拇指指向洛伦兹力的方向，可知A、B、C正确， D错误。故选D。] 针对练2．初速度为v0的电子沿平行于通电长直导线的方向射出，直导线中电流方向与电子的初始运动方向如图所示，则(　　) A．电子将向右偏转，速率不变 B．电子将向左偏转，速率改变 C．电子将向左偏转，速率不变 D．电子将向右偏转，速率改变 A　[由安培定则可判定直线电流右侧磁场的方向垂直纸面向里，根据左手定则可判定电子所受洛伦兹力向右，由于洛伦兹力不做功，故电子动能不变，速率不变，故A正确。]知识点二　洛伦兹力的大小 如图所示，一段通电导线置于磁感应强度为B的匀强磁场中，导线的横截面积为S，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q且定向运动的速率都是v。取长度为vt的一段导线， (1)该段导线中的粒子数是多少？导线中的电流为多大？ (2)该段导线在磁场中所受安培力多大？ (3)该段导线中每个自由电荷所受洛伦兹力多大？ 提示：(1)该段导线中含有的粒子数为N＝nSvt，在时间t内通过横截面的电荷量Q＝nSvtq。由电流的定义知I＝＝＝nSvq。 (2)该段导线所受安培力F安＝IlB＝nqv2StB。 (3)该段导线所受的安培力F安，可看成是作用在该段导线中每个自由电荷上的洛伦兹力F洛的合力，即F安＝NF洛，则每个自由电荷所受洛伦兹力的大小为F洛＝qvB。 学生用书↓第16页 1．如果速度方向与磁感应强度B的方向垂直时，洛伦兹力F＝qvB。 2．如果速度方向沿着磁感应强度B的方向，即v∥B时，洛伦兹力F＝0。 3．如果速度方向与磁感应强度B的方向夹角为θ时，洛伦兹力F＝qvBsin θ。 【判断正误】 1．运动电荷在磁场中一定受到洛伦兹力的作用。(×) 2．同一电荷，以相同大