第十章 第2讲 磁场对运动电荷(带电体)的作用-【导与练】2024高考物理一轮复习高中总复习第1轮教师用书word（新教材，鲁科版）

第2讲　磁场对运动电荷(带电体)的作用 一、洛伦兹力的大小和方向 1.定义:磁场对运动电荷的作用力。 2.大小 (1)v∥B时,f=0。 (2)v⊥B时,f=qvB。 (3)v与B的夹角为θ时,f=qvBsin θ。 3.方向 (1)判定方法:左手定则。 手心——磁感线垂直穿过手心; 四指——指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向; 拇指——指向洛伦兹力的方向。 (2)方向特点:f⊥B,f⊥v。即f垂直于B、v决定的平面。(注意B和v可以有任意夹角) 二、带电粒子在匀强磁场中的运动 1.若v∥B,带电粒子以入射速度v做匀速直线运动。 2.若v⊥B时,带电粒子在垂直于磁感线的平面内,以入射速度v做匀速圆周运动。 3.基本公式 (1)向心力公式:qvB=m。 (2)轨道半径公式:r=。 (3)周期公式:T==。 注意:带电粒子在匀强磁场中运动的周期与速率无关。 [教材情境] (人教版选择性必修第二册第14页“演示”)如图所示,是洛伦兹力演示仪,它可以研究带电粒子在磁场中的偏转情况。电子沿垂直于磁场的方向进入匀强磁场。 1.正误辨析 (1)运动的电子在磁场中因受洛伦兹力的作用发生偏转。(　√　) (2)电子的速度越大,运动半径越大。(　√　) (3)电子的速度越大,运动周期越大。(　×　) (4)增大磁场的磁感应强度,电子运动半径变大。(　×　) (5)增大磁场的磁感应强度,电子运动周期变小。(　√　) (6)洛伦兹力对运动的电子做正功。(　×　) 2.如图所示,用洛伦兹力演示仪可以观察电子在磁场中的运动径迹。图甲是洛伦兹力演示仪的实物图,图乙是结构示意图。励磁线圈通电后可以产生垂直纸面的匀强磁场,励磁线圈中的电流越大,产生的磁场越强。图乙中电子经电子枪中的加速电场加速后水平向左垂直磁感线方向射入磁场。图丙是励磁线圈示意图。下列关于实验现象和分析正确的是(　B　) A.仅增大励磁线圈中的电流,电子束径迹的半径变大 B.仅升高电子枪加速电场的电压,电子束径迹的半径变大 C.仅使电子枪加速电压增加到原来的2倍,电子束径迹的半径也增加到原来的2倍 D.要使电子形成如图乙的运动径迹,图乙中励磁线圈应通以(沿垂直纸面向里方向观察)逆时针方向的电流 解析:电子经电子枪中的加速电场加速,由动能定理可知eU=m,电子在匀强电场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,则有eBv0=m,解得r==,加速电压不变,仅增大励磁线圈中的电流,磁感应强度B增大,电子束径迹的半径变小;仅升高电子枪加速电场的电压U,电子束径迹的半径r变大,A错误,B正确。仅使电子枪加速电压增加到原来的2倍,由上式可知,则电子束径迹的半径增加到原来的倍,C错误。若励磁线圈通以逆时针方向的电流,由安培定则可知,产生的磁场方向向外,由左手定则可知,电子射入磁场时所受的洛伦兹力向下,电子运动的径迹不可能是题图乙所示,同理可得,励磁线圈通以顺时针方向的电流,则能形成如题图乙的运动径迹,D错误。 考点一　洛伦兹力的特点及应用 1.洛伦兹力的特点 (1)利用左手定则判断洛伦兹力的方向,注意区分正、负电荷。 (2)当电荷运动方向发生变化时,洛伦兹力的方向也随之变化。 (3)运动电荷在磁场中不一定受洛伦兹力作用。 (4)洛伦兹力一定不做功。 2.洛伦兹力与安培力的联系及区别 (1)安培力是洛伦兹力的宏观表现,二者是相同性质的力,都是磁场力。 (2)安培力可以做功,而洛伦兹力对运动电荷不做功。 3.洛伦兹力与静电力的比较 项目 洛伦兹力 静电力 产生 条件 v≠0且v不 与B平行 电荷处在电场中 大小 f=qvB(v⊥B) F=qE 方向 f⊥B且f⊥v 正电荷受力与电场方向相同,负电荷受力与电场方向相反 做功 情况 任何情况下 都不做功 可能做正功,可能做负功,也可能不做功 设有一段长为L、截面积为S的导体,通以大小为I的电流后放入磁场中,电流方向与匀强磁场的方向垂直,磁感应强度为B,导体单位体积内有n个自由电荷,每个自由电荷的电荷量为q,定向移动速率为v。如图所示。证明:电荷所受的洛伦兹力f=qvB。 提示:导体所受的安培力为F=BIL,导体中的电流I=nqSv,安培力与每一个运动电荷所受洛伦兹力的关系为F=nSL·f,联立可得f===qvB。 [例1] [洛伦兹力的理解] 下列说法正确的是(　D　) A.运动电荷在磁感应强度不为零的地方,一定受到洛伦兹力的作用 B.运动电荷在某处不受洛伦兹力作用,则该处的磁感应强度一定为零 C.洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能,也不能改变带电粒子的速度 D.洛伦兹力对带电粒子永不做功 解析:运动电荷速度方向与磁场方向平行时,不受洛伦兹力,洛伦兹力只改变带电粒子的运动方向,不改变带电粒子的速度大小,洛伦兹力对带电粒子永不做功,故D