(讲义)第1章 第3节 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(粤教版2019)

第三节　洛伦兹力 1．通过实验，认识洛伦兹力，会判断洛伦兹力的方向。 2．经历由安培力公式推导出洛伦兹力公式的过程，进一步体会矢量分析的方法。 3．认识电子束的磁偏转，体会物理知识与科学技术的关系。 知识点一　洛伦兹力的方向 1．洛伦兹力 荷兰物理学家洛伦兹于1895年发表了磁场对运动电荷的作用力公式，人们称这种力为洛伦兹力。 2．洛伦兹力的方向判定——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。 知识点二　洛伦兹力的大小 (1)当v与B成θ角时：F＝qvB sin θ． (2)当v⊥B时：F＝qvB． (3)当v∥B时：F＝0． 1．思考判断(正确的画“√”，错误的画“×”) (1)电荷在磁场中一定受洛伦兹力。 (×) (2)洛伦兹力一定与电荷运动方向垂直。 (√) (3)电荷运动速度越大，它的洛伦兹力一定越大。 (×) (4)带电粒子在磁场中做圆周运动时，速度越大，半径越大。 (√) (5)带电粒子在磁场中做圆周运动时，速度越大，周期越大。 (×) 2．如图所示，关于对带电粒子在匀强磁场中运动的方向描述正确的是(　　) A　　　　B　　　　C　　　D B　[由左手定则判断知，B正确。] 3．两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，两粒子质量之比为1∶4，电荷量之比为1∶2，则两带电粒子受洛伦兹力之比为(　　) A．2∶1　　B．1∶1　　C．1∶2　　D．1∶4 C　[带电粒子的速度方向与磁感线方向垂直时，洛伦兹力F＝qvB，与电量成正比，与质量无关，C正确。] (1)如图乙所示是把阴极射线管放入磁场中的情形，电子束偏转方向是怎样的？如果把通有与电子运动方向相同的电流的导线放入该位置，则所受安培力的方向怎样？ (2)将磁铁的N极、S极交换位置，电子束有什么变化，说明了什么？ 提示：(1)电子束向下偏转；通电导线受力向上。 (2)两极交换位置，电子束偏转的方向与原来相反，表明电子束受力方向与磁场方向有关。 　对洛伦兹力的理解 1．洛伦兹力方向的特点 (1) (2)洛伦兹力的方向既与磁场方向垂直，又与电荷的运动方向垂直，即洛伦兹力垂直于v和B两者所决定的平面。 (3)⇒⇒ 2．洛伦兹力与安培力的区别和联系 区别 联系 ①洛伦兹力是指单个运动电荷所受到的磁场力，而安培力是指电流(即大量定向移动的电荷)所受到的磁场力 ②洛伦兹力永不做功，而安培力可以做功 ①安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观解释 ②大小关系：F安＝NF洛(N是导体中定向运动的电荷数) ③方向关系：洛伦兹力与安培力的方向特点一致，均可用左手定则进行判断 3．洛伦兹力与电场力的比较 项目 洛伦兹力 电场力 性质 磁场对在其中运动的电荷的作用力 电场对放入其中电荷的作用力 产生条件 v≠0且v不与B平行 电场中无论电荷处于何种状态F≠0 大小 F＝qvB(v⊥B) F＝qE 方向 满足左手定则，F⊥B、F⊥v 正电荷受力方向与电场方向相同，负电荷受力方向与电场方向相反 做功情况 任何情况下都不做功 可能做正功、负功，也可能不做功 作用效果 只改变电荷运动的速度方向，不改变速度大小 既可以改变电荷运动的速度大小，也可以改变电荷运动的方向 【典例1】　如图所示，各图中匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均为v，所带电量均为q，试求出各图中带电粒子所受洛伦兹力的大小，并标出洛伦兹力的方向。 [思路点拨]　 [解析]　甲：因为v与B垂直，所以F＝qvB，方向与v垂直斜向左上方，如图所示。 乙：v与B的夹角为30°，v取与B垂直的分量，则F＝qvB sin 30°＝qvB，方向垂直纸面向里，图略。 丙：由于v与B平行，所以带电粒子不受洛伦兹力，图略。 丁：因为v与B垂直，所以F＝qvB，方向与v垂直斜向左上方，如图所示。 [答案]　见解析 1．洛伦兹力方向与安培力方向一样，都根据左手定则判断，但应注意以下三点： (1)洛伦兹力必垂直于v、B方向决定的平面。 (2)v与B不一定垂直，当不垂直时，磁感线不再垂直穿过手心，如典例1中乙图所示情况。 (3)当运动电荷带负电时，四指应指向其运动的反方向。 2．利用F＝qvB sin θ计算F的大小时，必须明确θ的意义及大小。 [跟进训练] 1．如图所示，有一磁感应强度为B、方向竖直向上的匀强磁场，一束电子束以初速度v从水平方向射入磁场，为了使电子束经过磁场时不偏转(不计重力)，则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场，这个电场的场强大小和方向是(　　) A．，竖直向上 B．，水平向左 C．Bv，垂直于纸面向里 D．Bv，垂直于纸面向外 C