第一章 第2节 磁场对运动电荷的作用力-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第二册同步核心辅导与测评（人教版）

第2节　磁场对运动电荷的作用力 [学习目标要求]　1.通过实验，观察阴极射线在磁场中的偏转，认识洛伦兹力。2.会判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小。3.了解电子束的磁偏转原理以及在科学技术中的应用。 　洛伦兹力的方向 1．洛伦兹力 (1)定义：运动电荷在磁场中受到的力。 (2)与安培力的关系：通电导线在磁场中受到的安培力是洛伦兹力的宏观表现。 2．洛伦兹力的方向 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。如图所示，负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反。 [练一练] 带电粒子进入磁场时速度的方向和磁感应强度的方向如图所示，则粒子在磁场中受到的洛伦兹力方向垂直纸面向里的是(　　) 解析：C　对于A、B项，由于带电粒子运动方向所在直线与电荷所在点的磁感线组成的平面与纸面垂直，又因为洛伦兹力方向与该平面垂直，所以洛伦兹力的方向平行纸面，故A、B错误；由左手定则得，C选项的洛伦兹力方向垂直纸面向里，D选项的洛伦兹力方向垂直纸面向外，故C正确，D错误。 　洛伦兹力的大小 1．当v∥B时，F＝0。 2．当v⊥B时，F＝qvB。 3．当v与B成θ角时，F＝qvBsin_θ。 [判一判] (1)若电荷的速度方向与磁场平行，不受洛伦兹力。 (√) (2)同一电荷，以相同大小的速度进入磁场，速度方向不同时，洛伦兹力的大小也可能相同。(√) 　电子束的磁偏转 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。 [想一想] 如图，若使用老式电视机时发现没有影像，仅在荧光屏的正中间有一条水平亮线，那么电视机故障的原因应该是什么？ 提示：竖直方向偏转磁场(专业术语：帧扫描电路)未工作。 学习任务一　洛伦兹力的方向 [导学探究] 磁场对电流有力的作用，而电流是由电荷的定向移动形成的。 (1)磁场是否对运动电荷也有作用力呢？ (2)作用力的方向如何判定？ 提示：(1)是。(2)将电荷的定向移动看作等效电流，类比安培力的左手定则判断运动电荷受力方向。 [思维深化] 1．洛伦兹力的方向 (1)F、B、v三者方向间的关系 洛伦兹力的方向总是与电荷运动的方向及磁场方向垂直，即洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁场方向确定的平面。 说明：F、B、v三个量的方向关系是：F⊥B，F⊥v，但B与v不一定垂直，如图甲、乙所示。 (2)洛伦兹力方向的判断 在用左手定则判断运动的电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向时，对于正电荷，四指指向电荷的运动方向；但对于负电荷，四指应指向电荷运动的反方向。 2．洛伦兹力的特点 (1)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，洛伦兹力都与运动方向垂直。 (2)洛伦兹力永不做功，它只改变电荷的运动方向，不改变电荷的速度大小。 　(多选)一根通电直导线水平放置，通过直导线的电流方向如图所示，现有一电子从直导线下方以水平向右的初速度开始运动，不考虑电子重力，关于接下来电子的运动，下列说法正确的是(　　) A．电子将向上偏转 B．电子将向下偏转 C．电子运动的速率保持不变 D．电子运动的速率开始变大 [解题指导]　解题关键是明确以下两点 (1)电子所在位置处的磁场由通电直导线产生。根据安培定则判断，方向垂直纸面向外。 (2)洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小。 解析：AC　水平导线中通有稳定电流I，根据安培定则判断导线上方的磁场方向向里，导线下方的磁场方向向外，由左手定则判断可知，导线下方向右运动的电子所受的洛伦兹力方向向上，则电子将向上偏转，A正确，B错误；由于洛伦兹力方向始终与运动方向垂直，故不做功，电子的速率v不变，故C正确，D错误。 [针对训练] 1．图中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。一带负电的粒子从正方形中心O点沿垂直于纸面的方向向外运动，它所受洛伦兹力的方向是(　　) A．向上　　　　　　　 B．向下 C．向左 D．向右 解析：A　解题关键是根据安培定则分析出O点的磁场方向。d、b导线中的电流在O点产生的磁场相互抵消，a、c导线中的电流在O点产生的磁场方向均水平向左，故O点处的磁场方向平行于纸面水平向左。带负电的粒子从正方形中心O点沿垂直于纸面的方向向外运动，由左手定则可判断出它所受洛伦兹力的方向向上，A正确。 学习任务二　洛伦兹力的大小 [