第1章 第2节 洛伦兹力-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修2同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版）

第2节　洛伦兹力 【核心素养目标】 物理观念 知道什么是洛伦兹力，会计算洛伦兹力的大小，并会判断其方向。 科学思维 能用与洛伦兹力相关的知识解释一些物理现象。 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 进一步认识到电磁技术的应用对人类生活的影响。 一、磁场对运动电荷的作用 1．当将一带电通草球静置于磁场中时，无论通草球带多少电及带何种电荷，磁场方向如何改变，通草球不受磁场力的作用，这说明磁场对静止电荷无磁场力。 2．演示实验(实验现象) (1)没有磁场时，电子束是一条直线(或沿直线传播)。 (2)电子束在蹄形磁铁的磁场中会发生偏转。 学生用书第9页 (3)改变蹄形磁铁磁场方向，电子束偏转方向发生改变。 二、从安培力到洛伦兹力 1．洛伦兹力的定义：磁场对运动电荷的作用力。 2．洛伦兹力公式的推导：设有一段长为l的通电导线，横截面积为S，单位体积内含有的自由电子数为n，电子电荷量大小为e，自由电子定向移动的平均速率为v，截取一段长度l＝vΔt的导线，这段导线中所含的自由电子数为N，则N＝nSl＝nSvΔt 在Δt时间内，通过导线横截面的电荷为Δq＝neSvΔt 通过导线的电流为I＝＝neSv 这段导线所受到的安培力为F＝IlB＝neSv2BΔt，每个自由电子所受到的洛伦兹力f＝＝evB。 3．公式：f＝evB。 4．左手定则：伸开左手，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。 三、带电粒子在匀强磁场中的运动 洛伦兹力不对运动电荷做功，它不改变运动电荷的速率，只改变运动电荷的运动方向。 1．实验探究 (1)实验装置：洛伦兹力演示仪，如图所示。 (2)实验原理：玻璃泡内的电子枪(即阴极)发射出阴极射线，使泡内的低压惰性气体发出辉光，这样就可显示出电子的轨迹。 (3)实验现象： ①当没有磁场作用时，电子的运动轨迹是直线。 ②当电子垂直射入磁场时，电子的运动轨迹是圆周。 ③当电子斜射入磁场时，电子的运动轨迹是螺旋线。 2．带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动 (1)运动性质：匀速圆周运动。 (2)向心力：由洛伦兹力提供。 (3)半径：r＝。 (4)周期：T＝。由半径、周期两公式可知：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，轨道半径与粒子的运动速率、粒子的质量成正比，与电荷量、磁感应强度成反比；带电粒子的运动周期与粒子的质量成正比，与电荷量和磁感应强度成反比，与轨道半径和运动速率无关。 1．判断正误 (1)带电粒子在电场中一定受电场力作用，所以带电粒子在磁场中一定受洛伦兹力作用。(　×　) (2)用左手定则判断带负电的粒子所受洛伦兹力方向时，四指一定要指向带负电粒子速度的反方向。(　√　) (3)洛伦兹力和安培力的本质是相同的。(　√　) (4)仅在洛伦兹力作用下，电荷的动能一定不会变化。(　√　) 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。 学生用书第10页 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．洛伦兹力不做功 由于洛伦兹力方向始终与电荷运动的方向垂直，故洛伦兹力对运动电荷不做功，它只改变电荷速度的方向，不改变电荷速度的大小。 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。] 规律总结 (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。 (3)无论磁感应强度B的方向与电荷运动的速度方向是否垂