第一章 第三节 洛伦兹力（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册（粤教版2019）

第三节　洛伦兹力 课程内容要求 核心素养提炼 1．通过实验，认识洛伦兹力． 2．能判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小． 1．物理观念：结合演示实验，观察阴极射线在磁场中的偏转，认识洛伦兹力． 2．科学思维：通过实验，运用控制变量法，理解并掌握左手定则． 3．科学探究：通过实验探究影响洛伦兹力方向和其大小的因素． 4．科学态度与责任：演示实验能够让学生确信洛伦兹力的存在，激发其好奇心和求知欲，并由此树立从事科学研究的人生志向． [对应学生用书P11] 1．洛伦兹力：磁场对运动电荷产生的作用力称为洛伦兹力(Lorentz force). 2．实验探究：磁场对运动电荷是否有力的作用 探究过程 实验现象 没有外加磁场 阴极射线管中电子束的运动轨迹是直线 将蹄形磁铁放在阴极射线管外面 电子束运动轨迹发生弯曲 将磁铁的N极和S极交换位置 电子束运动轨迹向反方向偏转 将两个蹄形磁铁并在一起 电子束的偏转角度增大 1．洛伦兹力内涵：运动电荷在磁场中受到的力． 2．方向的判断——左手定则 左手定则：伸开左手，使大拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让__磁感线__垂直穿入手心，并使四指指向__正电荷的运动方向__，这时拇指所指的方向就是正电荷在该磁场中所受__洛伦兹力__的方向．运动的负电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向，与沿相同方向运动的正电荷所受力的方向__相反__． [思考] 运动电荷的速度方向与其在磁场中的受力方向有什么关系？ 提示　运动电荷的速度方向与其在磁场中的受力方向垂直． 1．推导：设导体内单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，定向移动的速率为v，设长度为L的导线中的自由电荷在t时间内全部通过横截面S，通过电荷量为Q. 根据电流定义式I＝可得，I＝＝nqvS 根据安培力公式F安＝BIL可得，F安＝nqvSLB 这段导线中含有的运动电荷数为nLS，而安培力是磁场作用在这段导线中的每个运动电荷的洛伦兹力的合力， 即F洛＝，故而可得洛伦兹力为F洛＝qvB 2．洛伦兹力公式 (1)当v⊥B时，F洛＝____qvB____． (2)当v//B时，F洛＝____0____． (3)当v与B成θ角时，F洛＝qvB_sin_θ． [思考] 通电导线在磁场中受到的安培力和运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力什么关系？ 提示　安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观本质． [对应学生用书P12] 探究点一　洛伦兹力的方向 极光出现在地球高纬度地区，是一种罕见的自然景观，其发生是由于太阳带电粒子流(太阳风)进入地球磁场，在地球南北两极附近地区的高空，夜间出现的灿烂美丽的光辉．极光不只出现在地球，在太阳系其他具有磁场的行星上，也会发生这种现象． (1)来自太阳高能带电粒子在地磁场中受到什么力的作用？ (2)极光为什么常出现于高纬度地区？ 提示　(1)洛伦兹力． (2)由于带电粒子在地磁场中受到洛伦兹力的作用，这些高能粒子转向极区，所以极光常见于高纬度地区． 1．决定洛伦兹力方向的三个因素 电荷的正负、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，如果只让一个反向，则洛伦兹力必定反向；如果让两个同时反向，则洛伦兹力方向不变． 2．洛伦兹力的特点 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，洛伦兹力都与运动方向垂直，故洛伦兹力永不做功，它只改变电荷的运动方向，不改变电荷的速度大小． 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． [特别提醒]　 (1)洛伦兹力永不做功，虽然安培力是洛伦兹力的宏观表现，但安培力可以做功． (2)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． 阴极射线管中电子束由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上出现如图所示的一条亮线．要使该亮线向z轴正方向偏转，可加上沿(　　) A．z轴正方向的磁场 B．y轴负方向的磁场 C．x轴正方向的磁场 D．y轴正方向的磁场 B　[若加一沿z轴正方向的磁场，根据左手定制，洛伦兹力方向沿y轴正方向，亮线向y轴正方向偏转，故A错误；若加一沿y轴负方向的磁场，根据左手定则，洛伦兹力方向沿z轴正方向，亮线向上偏转，故B正确；若加一沿x轴正方向的磁场，电子束不偏转，故C错误；若加一沿y轴正方向的磁场，根据左手定则，洛伦兹力方向沿z轴负方向，亮线向下偏转，故D错误．故选B.] [训练1]　(多选)来自太阳和其他星体的宇宙射线含有大量高能带电粒子，若这些粒子都到达地面，将会对地球上的生命带来危害．但由于地磁场的存在改变了宇宙射线中带电粒子的运动方向，使得很多高能带电粒子不能到达地面．下面说法中正确的是(　　) A．地磁场对垂直射向地球表面的