第一章 3.洛伦兹力-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（教科版）

3．洛伦兹力 【核心素养目标】 物理观念 知道洛伦兹力是安培力的微观实质；会判断洛伦兹力的方向、会计算洛伦兹力的大小；了解洛伦兹力的应用。 科学思维 利用类比迁移思考洛伦兹力方向的判断方法——左手定则，通过建模，利用安培力公式推导洛伦兹力的大小，利用带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的动力学方程，推导半径及周期公式，会分析带电粒子在磁场中运动的基本问题。 科学态度与责任 通过洛伦兹力方向和大小的推导，明确理论推导和实验验证在科学发展中的作用。 一、初识洛伦兹力　洛伦兹力的方向 1．洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的磁场力，叫洛伦兹力。 2．洛伦兹力的方向 (1)判断方法：左手定则。 (2)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个平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向正电荷的运动方向(即电流方向)，则大拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。若是负电荷，四指应指向负电荷运动方向的反方向。 二、洛伦兹力的大小 1．电荷量为q的电荷，在磁感应强度大小为B的磁场内，运动方向与磁场方向垂直时，受到的洛伦兹力为F洛＝qvB。 2．当电荷的运动方向与磁场方向间的夹角为θ时，F洛＝qvBsin_θ。 3．当电荷运动的方向与磁场方向平行时，F洛＝0。 三、带电粒子在匀强磁场中的运动 1．洛伦兹力的特点 洛伦兹力的方向总跟粒子运动的速度方向垂直，所以洛伦兹力对运动电荷不做功。 2．带电粒子在匀强磁场中的运动 (1)运动特点：垂直于磁场的方向运动的粒子，在磁场中做匀速圆周运动。洛伦兹力提供向心力。 (2)半径和周期公式 由洛伦兹力提供向心力，即qvB＝m，可得R＝，周期T＝＝。由此可知带电粒子做匀速圆周运动的周期与运动速度、半径无关。 1．判断正误 (1)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不同。(　　) (2)电荷在磁场中一定受到洛伦兹力的作用。(　　) (3)仅在洛伦兹力作用下，电荷的动能一定不会变化。(　　) 学生用书↓第13页 (4)用左手定则判断洛伦兹力方向时，“四指指向”与电荷移动方向相同。(　　) (5)在匀强磁场中做匀速圆周运动的带电粒子的轨道半径跟粒子的运动速率成正比。(　　) (6)运动电荷在匀强磁场中做圆周运动的周期随速度增大而减小。(　　) (7)运动电荷进入磁场后(无其他场)可能做匀速圆周运动，不可能做类平抛运动。(　　) 答案：(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√　(6)× (7)√ 2．链接实景 一带负电的离子束沿图中箭头方向从两磁极间通过时，它受到的洛伦兹力方向是怎样的？ 提示：由题图及左手定则可知，带负电的离子束所受的洛伦兹力的方向向下。 知识点一　洛伦兹力的方向 地磁场是地球的卫士，它能有效地防止宇宙射线射向地球。假设有一束带正电的宇宙射线粒子垂直于地面向赤道射来，那么它是如何起到保护地球的作用呢？ 提示：由于地磁场的作用，使带正电的宇宙射线粒子相对于预定地点向东偏转。 1．决定洛伦兹力方向的因素 电荷的电性(正、负)、速度方向、磁感应强度的方向是决定洛伦兹力方向的三个因素。 2．F、B、v三者方向间的关系 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．用左手定则判定负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力时，应注意将四指指向负电荷运动的反方向。 试判断图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向，其中垂直于纸面指向纸里的是(　　) [思路点拨] (1)明确磁场方向、带电粒子速度方向、带电粒子电性情况。 (2)利用左手定则判断带电粒子所受的洛伦兹力的方向。 D　[根据左手定则可以判断，A中的负电荷所受的洛伦兹力方向向下，A错误；B中的负电荷所受的洛伦兹力方向向上，B错误；C中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸外，C错误；D中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸里，D正确。] 1．利用左手定则判断洛伦兹力方向时，四指指向也可以理解为总是指向等效电流的方向。 2．无论磁感应强度B的方向与电荷运动的速度方向是否垂直，洛伦兹力的方向一定垂直于B和v所决定的平面。　　 规律总结 针对练1．如图所示的四种情况，对各粒子所受洛伦兹力方向的描述正确的是(　　) 学生用书↓第14页 B　[由左手定则可知A图中洛伦兹力的方向垂直于v斜向左上方，B图中洛伦兹力的方向垂直于纸面向里，C图中洛伦兹力的方向垂直于纸面向里，D图中洛伦兹力的方向垂直于纸面向里，故B正确，A、C、D错误。] 针对练2．(2022·四川广安高二期末)如图，在阴极射线管正下方平行放置一根通有足够强的电流的长直导线，且导线中电流方向水平向右，则阴极射线将会(