第1章 2 磁场对运动电荷的作用力-【精讲精练】2023-2024学年高中物理选择性必修第二册人教版（教师用书）

2　磁场对运动电荷的作用力 [学业要求] 1．通过实验探究，知道磁场对运动电荷有力的作用，知道什么是洛伦兹力。 2．知道洛伦兹力与安培力之间的关系，能从安培力的计算公式推导出洛伦兹力的计算公式。 3．能用洛伦兹力的计算公式计算洛伦兹力的大小，会用左手定则判断洛伦兹力的方向。 4．了解电视机显像管的基本构造和工作原理。 一、洛伦兹力的大小和方向 阅读教材，并回答： 教材图1.2­1演示实验 (1)在没有外磁场时，电子束沿直线运动。电子束的直线运动说明了什么？ (2)将蹄形磁铁靠近电子射线管，发现电子束运动轨迹发生了偏转。电子束的偏转说明了什么？ (3)把磁场方向调换过来，电子束的轨迹弯曲方向发生了改变，说明了什么？ 答：(1)电子不受力的作用。 (2)电子受到力的作用。 (3)电子受到的力的方向跟磁场方向有关。 [概念·规律] 1．洛伦兹力 (1)定义：__运动电荷__在磁场中所受的力。 (2)洛伦兹力与安培力的关系：通电导线在磁场中所受的安培力是导线中运动电荷所受__洛伦兹力__的宏观表现。 2．洛伦兹力的方向 (1)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__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)洛伦兹力方向的特点：F__⊥__B，F__⊥__v，即F垂直于__B、v__所决定的平面。 3．洛伦兹力的大小 (1)当v与B成θ角时：F＝__qvB_sin_θ__。 (2)当v⊥B时：F＝__qvB__。 (3)当v∥B时：F＝__0__。 二、电子束的磁偏转 应用：电视机显像管 1．构造：如图所示，由电子枪、__偏转线圈__和荧光屏组成。 2．原理 (1)电子枪__发射高速电子__。 (2)电子束在磁场中__偏转__。 (3)荧光屏被电子束撞击发光。 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、强弱都在__不断变化__，使得电子束打在荧光屏上的光点从上向下、从左向右不断移动。 4．偏转线圈：使电子束偏转的磁场是由__偏转线圈__产生的。 探究点一　洛伦兹力的方向 [交流讨论] 1．在教材图1.2­1演示实验中，改变磁铁方向即改变磁场方向，观察不同情况下电子偏转方向，并将实验结果记入表中。 磁场方向 电子运动方向 电子偏转方向 试用左手定则判定电子受到的洛伦兹力方向与实验结果的一致性。 答：略。 2．完成本节教材“练习与应用”第2题。 [归纳总结] 洛伦兹力的方向 左手 定则 图示 手掌：拇指与四指垂直且在同一平面内 四指：正电荷运动方向或负电荷运动的反方向 磁场：穿过手心 拇指：洛伦兹力方向 方向 关系 (1)B的方向与v的方向不一定垂直； (2)F⊥B、F⊥v一定成立 决定 因素 电荷的正负、速度方向、磁场方向 特点 洛伦兹力方向始终与粒子运动方向垂直，故洛伦兹力不做功，只改变带电粒子的运动方向 [点睛之笔]　判断洛伦兹力的方向时，一定要先分清是正电荷还是负电荷。 　如图所示，在a、b、c、d处放置四根通电导体，四根导体与纸面垂直，其横截面位于正方形的四个顶点上，导线中通有大小相同的电流。则通过正方形中心O处垂直纸面向里运动的电子所受磁场力的方向是(　　) A．向上　　　　　 B．向下 C．向左 D．向右 [解析]　 根据题意，由右手螺旋定则知b与d导线电流产生磁场正好相互抵消，而a与c导线产生磁场正好相互叠加，由右手螺旋定则，则得磁场方向水平向左，当电子从正方形中心O点沿垂直于纸面的方向向里运动，根据左手定则可知，它所受洛伦兹力的方向向下，故B正确，A、C、D错误。 [答案]　B [变式]　 在例题中，四根导线如图放置。b、d中没有电流，a、c中通有图示方向相反、大小均为I的电流时，O点的磁感应强度大小为B。现在b、d中通入大小也为I的电流时，O点的磁感应强度大小仍为B。则下列说法正确的是(　　) A．O点的磁场方向由O指向d B．b、d中的电流方向相反 C．若在O点放置垂直纸面方向的通电直导线，该导线所受安培力为零 D．若电子(不计重力)从O点垂直纸面向里运动，电子将向上偏转 解析　由题意知，O点的磁感应强度等于a、c中电流产生的磁场的磁感应强度的矢量和，根据安培定则可知，O点的磁场方向由O指向b，A错误；在b、d中通入大小也为I的电流时，O点的磁感应强度大小仍为B，可判定b、d中电流在O点产生的磁场的磁感应强度大小相等，方向相反，根据安培定则可知，b、d中的电流方向相同，B错误；若在O点放置垂直纸面方向的通电直导线，该导线所受安培力不为零，C错误；若电子(不计