(讲义)第1章 3 洛伦兹力-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册(教科版2019)

3．洛伦兹力 学习任务 1．知道洛伦兹力方向的判断方法以及大小的计算。运用所学知识，能够解释带电粒子在匀强磁场中的运动。(物理观念) 2．探究带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动的半径、周期与哪些物理量有关。(科学探究) 3．知道洛伦兹力公式的推导过程，通过理论分析掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期公式的应用。(科学思维) 知识点一　洛伦兹力的方向 1．初识洛伦兹力 (1)定义：运动电荷在磁场中受到的磁场力。 (2)应用：①在传统的电视显像管中利用特殊线圈产生的磁场控制电子偏转，扫描出画面；②使射线发生偏转保护地球。 2．洛伦兹力的方向 (1)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。若在磁场中运动的是带负电的粒子，应用左手定则时，四指应指向该粒子运动方向的反方向。 (2)洛伦兹力方向的特点：F洛⊥B、F洛⊥v，即F洛垂直于B和v所决定的平面。 1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)运动的电荷在磁场中受到的力叫洛伦兹力，正电荷所受的洛伦兹力的方向与磁场方向相同，负电荷所受的洛伦兹力的方向与磁场方向相反。 (×) (2)判断电荷所受洛伦兹力的方向时，应同时考虑电荷的电性。 (√) (3)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。 (√) (4)若电荷的速度方向与磁场方向平行，电荷不受洛伦兹力。 (√) 知识点二　洛伦兹力的大小 1．当v与B成θ角时：F洛＝qvB sin θ。 2．当v⊥B时：F洛＝qvB。 3．当v∥B时：F洛＝0。 知识点三　带电粒子在匀强磁场中的运动 1．运动轨迹 带电粒子(不计重力)以一定的速度v进入磁感应强度为B的匀强磁场时： (1)当v∥B时，带电粒子将做匀速直线运动。 (2)当v⊥B时，带电粒子将做匀速圆周运动。 2．洛伦兹力的特点 (1)洛伦兹力的方向总与粒子的运动速度方向垂直。 (2)洛伦兹力对带电粒子不做功，它不改变带电粒子速度的大小，只改变粒子的运动方向。 3．带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期 (1)运动特点：沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动。 (2)半径和周期公式 2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)带电粒子做匀速圆周运动的半径与带电粒子进入磁场时速度的大小有关，而周期与速度、半径都无关。 (√) (2)电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，速率越大，周期越大。 (×) (3)带电粒子进入匀强磁场中一定做匀速圆周运动。 (×) (4)带电粒子以一定速度垂直射入匀强磁场，若只考虑洛伦兹力，则粒子的加速度不变。 (×) 1．没有磁场时，接通高压电源可以观察到什么现象？ 2．光束实质上是什么？ 3．若在光束的路径上加磁场，可以观察到什么现象？ 提示：1．荧光屏上看到一条亮线　2．电子束　3．荧光屏上的亮线发生弯曲 考点1　洛伦兹力的方向 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，洛伦兹力都与电荷运动方向垂直，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。 【典例1】　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，其中垂直于纸面向里的是(　　) A　　　　B　　　　 C　　　　D 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，选项A中的负电荷所受的洛伦兹力方向向下；选项B中的负电荷所受的洛伦兹力方向向上；选项C中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面向外；选项D中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面向里，D正确。] (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直，洛伦兹力的方向一定垂直于B和v所决定的平面。 [跟进训练] 1．三种不同粒子a、b、c从O点沿同一方向在垂直纸面向里的匀强磁场中的运动轨迹分别如图所示，则(　　) A．粒子a一定带正电　　　 B．粒子b一定带正电 C．粒子c一定带正电 D．粒子