第1章 第3节 洛伦兹力（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第二册（教科版2019）

第3节　洛伦兹力 核心 素养 导学 物理观念 (1)通过实验，认识洛伦兹力，能判断洛伦兹力的方向。 (2)会计算洛伦兹力的大小。 (3)知道带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的条件。 科学思维 (1)经历由安培力公式推导出洛伦兹力公式的过程。 (2)经历一般情况下洛伦兹力表达式的得出过程，进一步体会矢量分析的方法。 科学探究 探究电子在洛伦兹力演示仪中的运动。 科学态度与责任 了解洛伦兹力在生产生活中的应用，体会物理知识与科学技术的关系。 　　　　　　　　　　　　　　　 一、洛伦兹力及其方向 1．洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的磁场力。 2．洛伦兹力的方向 (1)洛伦兹力演示仪 (2)探究结果：电子受到的洛伦兹力的方向与电子运动的方向垂直，也与磁场方向垂直。 (3)判断方法： 左手定则：伸出左手，四指并拢，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，让磁感线垂直过手心，四指指向正电荷的运动方向(即电流方向)，则大拇指所指方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。 (1)正电荷所受洛伦兹力方向用左手定则判定，和安培力的方向判断方法类似。 (2)负电荷所受洛伦兹力的方向与正电荷相反。　　 二、洛伦兹力的大小 1．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可以看成是大量运动电荷受到的洛伦兹力的宏观表现。 2．洛伦兹力公式推导 设有一段静止导线长L，横截面积为S，单位体积内含有的自由电子数为n，每个电子的电荷量为e，定向移动速度为v，则导线中的电流I＝neSv， 导线所受安培力F＝ILB 导线中自由电子总数N＝nSL 自由电子所受洛伦兹力F洛＝ 可以得出F洛＝evB。 3．洛伦兹力表达式 (1)电荷量为q的粒子以速度v运动时，如果速度方向与磁感应强度B的方向垂直，则F洛＝qvB。 (2)当电荷运动的方向与磁场的方向夹角为θ时，F洛＝qvBsin_θ。 (3)当电荷沿磁场方向运动(即θ＝0或v∥B)时，F洛＝。 三、带电粒子在匀强磁场中的运动 1．运动规律：带电粒子垂直于匀强磁场方向进入磁场后做匀速圆周运动。 2．半径公式和周期公式推导 洛伦兹力提供带电粒子的向心力： F洛＝qvB＝m。 半径公式：R＝。 周期公式：T＝＝。 1.观察阴极射线管中电子束的运动，判断电子束的偏转情况。 (1)没有加磁场时，电子束呈一条直线。 (2)加上磁场时，电子束的径迹发生弯曲。 (3)改变磁场方向，电子束会向相反方向弯曲。 2.我国在四川省稻城县海子山动工建设的“高海拔宇宙线观测站”，是世界上海拔最高、规模最大、灵敏度最高的宇宙射线探测装置(如图所示)。假设来自宇宙的质子流沿着与地球表面垂直的方向射向这个观测站，由于地磁场的作用(忽略其他阻力的影响)，粒子到达观测站时将稍向哪个方向偏一些射向观测站？ 提示：质子流从上而下射向地球表面，根据地磁场的分布可知，地磁场方向在我国上空从南指向北，根据左手定则，洛伦兹力的方向向东，所以质子向东偏转。 3．如果磁场中的运动电荷是负电荷，那么负电荷受到的洛伦兹力方向应该怎么判定呢？ 提示：方法一：先将负电荷当成正电荷，根据左手定则判断出受力方向后，该受力方向的反方向就是负电荷受到的洛伦兹力方向。 方法二：应用左手定则时，让四指指向负电荷运动的反方向，则拇指所指的方向就是负电荷受到的洛伦兹力方向。 4．在以下的各图中，匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均为v，带电荷量均为q。判断下列说法的正误。 (1)图甲中带电粒子所受洛伦兹力的大小为qvBsin 30°。(×) (2)图乙中带电粒子所受洛伦兹力的大小为qvBsin 60°。(×) (3)图丙中带电粒子所受洛伦兹力的大小为qvB。(×) (4)图丁中带电粒子所受洛伦兹力的大小为qvB。(√) 5.一个带正电粒子沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场。粒子的一段径迹如图所示。径迹上的每一小段都可近似看成圆弧。由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小(带电荷量、质量不变)。由图判断下列问题： (1)粒子的运动轨迹方向由a→b，还是b→a。 (2)粒子在磁场中运动的半径随速度的减小是增大还是减小。 提示：(1)由左手定则，可判定粒子轨迹方向为b→a。 (2)由于粒子的能量变小，由Ek＝mv2，知速率变小，所以可判定粒子在磁场中运动的半径随速度的减小而减小。 新知学习(一)|洛伦兹力方向的判断 [任务驱动] 如图所示，电子e向上射入垂直纸面向里的匀强磁场中，若电子仅受洛伦兹力作用，试判断电子偏转方向及速率如何变化？ 提示：根据左手定则，可判断电子所受洛伦兹力方向向右，故电子沿与速度切线方向向右上偏转；速度方向发生变化的同时，洛伦兹力的方向也跟着变化，并且洛伦兹力方向与速度方向始终垂直，所以洛伦兹力不做功，电子速率不变。　　　 [重