第1章 第2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（鲁科版2019）

第2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、磁场对运动电荷的作用 从安培力到洛伦兹力 1．洛伦兹力 (1)定义：磁场对运动电荷的作用力。 (2)与安培力的关系：通电导线在磁场中受到安培力可以看成是大量运动电荷受到洛伦兹力的宏观表现。 2．洛伦兹力的大小 (1)公式：f＝qvB。 (2)条件：电荷在垂直于磁场方向上运动。 3.从安培力到洛伦兹力 设有一段长度为l的通电导线，横截面积为S，单位体积中含有的自由电子数为n，每个自由电子的电荷量为e，自由电子定向移动的平均速率为v，垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中，如图所示。 导线所受安培力F＝IlB 导线中的电流I＝neSv 导线中的自由电子总数N＝nSl 由以上各式可推得，每个电子所受洛伦兹力的大小为f＝＝evB。 4．洛伦兹力大小的一般表达式 当运动电荷速度v与磁感应强度B的方向的夹角为θ时，洛伦兹力的大小为f＝qvBsin_θ。 5．洛伦兹力的方向判定——左手定则 伸出左手，拇指与其余四指垂直，且都与手掌处于同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所指的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、带电粒子在匀强磁场中的运动 1．匀速圆周运动 带电粒子垂直于磁场方向射入时，由于洛伦兹力总与速度方向垂直，起到向心力的作用，所以带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。 2．匀速圆周运动的半径和周期 (1)半径：由qvB＝m得r＝。 (2)周期：由T＝得T＝。 3.霍尔效应 (1)导电薄板垂直于磁场方向。 (2)导电薄板有电流通过时运动电荷在洛伦兹力作用下向导电薄板的某一侧偏移，导电薄板两侧分别聚集正、负电荷，产生电压,如图所示。 1.一带负电的离子束沿图中箭头方向通过两磁极间时，它受到的洛伦兹力方向是怎样的？ 提示：由题图可知，磁场方向从N极指向S极，根据左手定则可知，带负电的离子束所受的洛伦兹力的方向向下。 2．从图中可以看出，没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O点。为使电子束偏转，由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场。请判断以下说法的正误： (1)要使电子束打在荧光屏上的A点，偏转磁场的方向应垂直于纸面向里。(×) (2)要使电子束打在荧光屏上的B点，偏转磁场的方向应垂直于纸面向里。(√) (3)要使电子束打在荧光屏上的位置由B点逐渐向A点移动，偏转磁场应先垂直于纸面向里逐渐增大。(×) 3．极光是“太阳风”中的高能带电粒子进入极地高层大气时，由于地磁场的作用，使得高能粒子向两极做螺旋运动，并且旋转半径不断减小。 试说明旋转半径不断减小的原因。 提示：洛伦兹力为高能粒子提供向心力，可依据牛顿第二定律列方程qvB＝m，解得r＝。所以轨道半径减小的原因：①空气阻力对粒子做负功，使其速率减小；②越接近两极，磁感应强度越大。 新知学习(一)|洛伦兹力的方向 [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。　　　　 [重点释解] 1．决定洛伦兹力方向的三个因素 电荷的电性(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，如果只让一个因素相反，则洛伦兹力方向必定相反；如果同时让两个因素相反，则洛伦兹力方向将不变。 2．f、B、v三者方向间关系 电荷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。电荷运动方向和磁场方向确定洛伦兹力方向，f⊥B，f⊥v，即f垂直于B和v所决定的平面。 3．洛伦兹力方向的特点 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，它只改变电荷运动方向，不改变电荷速度大小。 [典例体验] [典例]　a、b、c、d为四根与纸面垂直的长直导线，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，方向如图所示。一带正电荷的粒子从正