1.2 磁场对运动电荷的作用力 导学案-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

挡板上有一个扁平的狭缝，电子飞过挡板后可以形成一个扁平的电子末。长条形的荧光板稍稍倾向轴线，可以让电子柬掠射到荧光板上，显示出电子束的径迹。 高中物理学教评一体化学习设计 编者： 审核: 高二物理组 日期： 1.2磁场对运动电荷的作用力 【课标要求】 通过实验，认识洛伦兹力。能判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小。 【学习目标】 1.通过实验，认识洛伦兹力。能判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小。了解洛伦兹力在生产生活中的应用。 2.经历由安培力公式推导出洛伦兹力公式的过程，体会模型建构与演绎推理的方法。经历一般情况下洛伦兹力表达式的得出过程，进一步体会矢量分析的方法。 3.了解显像管的基本构造及工作的基本原理，认识电子束的磁偏转，体会物理知识与科学技术的关系。 【课堂导入】 为什么在地球两极会出现极光现象? 我们知道，磁场对通电导线的______力F=___________，我们还知道，带电粒子的定向移动形成了________。那么，磁场对运动电荷有作用力吗？如果有，力的方向和大小又是怎样的呢？ 【问题体验1】 1. 演示实验：抽成真空的玻璃管左右两个电极分别连接到高压电源两极时，阴极会发射电子，电子在电场的加速下飞向阳极。途中撞击到长条形荧光屏上产生荧光效应，显示电子束的运动轨迹。 【现象】没有磁场时，电子束是一条 线；有磁场时，电子束一般发生 。改变磁场的方向，电子束的径迹就会发生 。但并不是任何方向，电子束都发生偏转。 【结论】_____________________________________________________。 19世纪末，荷兰物理学家洛伦兹研究了磁场对运动电荷作用力的问题。为纪念洛伦兹对物理学的贡献，物理学中将这种力称为洛伦兹力(Lorentzforce)。 2. 请画b、c中磁场方向、电子运动方向、受力方向示意图，并分析三者之间方向关系3.上述实验中，运动电荷是负电荷（电子束的运动方向与电流方向是相反的），你该怎样运用左手定则来判断电荷q受到的洛伦兹力的方向呢? 如何通过左手定则判断正、负两种不同电荷受到洛伦兹力的方向呢? 4.磁场对运动电荷一定有洛伦兹力吗? 洛伦兹力方向、电荷的运动方向、磁感应强度的方向三者之间_______定两两垂直。洛伦兹力F垂直于B的方向,也垂直于v的方向，洛伦兹力的方向垂直于B与v的方向所构成的平面。但磁感应强度B的方向与运动电荷速度v的方向_______定垂直。 【归纳总结1】 1、洛伦兹力的方向（左手定则）：伸开左手，使拇指与其余四个手指 ，并且都与手掌在 平面内；让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向 _____电荷运动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。 2、负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相 。 3、安培力是洛伦兹力的 表现。 【达标检测1】试判断图中带电粒子刚进入磁场时所受到的洛伦兹力的方向。 【问题体验2】 1.如图所示,设有一段长为l、横截面积为S的直导线,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,自由电荷定向移动的速率为v,通电导线垂直放入磁感应强度为B的匀强磁场中。计算: （1）电流强度I; （2）通电导线所受的安培力F; （3）这段导线内的自由电荷数N （4）每个运动电荷所受的洛伦兹力f。 2.（1）公式F=qvB成立的条件是________运动电荷在磁场中是否一定受洛伦兹力的作用? （2）洛伦兹力的一般表达式___________________ 3. 我们已经知道，垂直于匀强磁场磁感线的通电导线所受的安培力F＝ILB，由此，我们用B＝来定义磁感应强度。同样，运动方向垂直于匀强磁场磁感线的带电粒子所受的洛伦兹力F＝qvB，由此也可以用洛伦兹力来定义磁感应强度，这样得到磁感应强度的定义式是__________；把这个定义式与电场强度的定义式E＝进行对比，这两个定义式的差别在哪里？通过对这两个定义式的对比，你能获得哪些认识？ 【归纳总结2】 1.洛伦兹力与安培力的关系 (1)安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的______表现,而洛伦兹力是安培力的_______本质。 (2)洛伦兹力对电荷_______功,但安培力却可以对导体_______功。 2. 洛伦兹力电场力的关系 对象 洛伦兹力 电场力 性质 产生条件 大小 方向 做功情况 作用效果 【达标检测2】 如图1-3-5所示，来自太阳和其他星体的宇宙射线含有大量高能带电粒子，幸好由于地磁场的存在而改变了这些带电粒子的运动方向，使很多带电粒子不能到达地面，避免了其对地面上生命的危害.已知北京上空某处由南指向北的磁感应强度为B=1.2╳10-4T,如果有一速率v=5.0╳105m/s、电量q=1.6╳10-19C的质子竖直向下运动穿过此处的地磁场. (1)此时该质子受到的洛伦兹力是多大?向哪个方向偏转? (2)在地球两极处地磁场方向可近似认为垂直于地面，在赤道处地磁场方向可近似认为由地理南极指向地理北极.那么，地球两极处和赤道处相比，哪个区域地磁场对高能带电粒子的阻挡效果更好?为什么? 【巩固提升】 2-1电子的速率v＝3.0×106 m/s，沿着与磁场垂直的方向射入B＝0.10 T的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力多大？并与它的重力比较。（电子质量m=9.1×10-31kg） 【科学漫步】(多选)安德森利用云室照片观察到宇宙线粒子垂直进入匀强磁场时运动轨迹发生弯曲。如图1.3-4所示,在垂直于照片平面的匀强磁场(照片中未标出)中，高能宇宙线粒子穿过铅板时，有一个粒子的轨迹和电子的轨迹完全相同，但弯曲的方向反了(两段轨迹均可看成圆弧)。这种前所未知的粒子与电子的质量相同,但电荷却相反。安德森发现这正是狄拉克预言的正电子。正电子的发现，开辟了反物质领域的研究，安德森因这一发现获得1936年的诺贝尔物理学奖。关于照片中的信息，下列说法中正确的是 A. 粒子从上向下穿过铅板 B. 匀强磁场的方向垂直照片平面向里 C. 粒子穿过铅板后做圆周运动的周期不变 D. 粒子在铅板上方运动的速度大于在铅板下方运动的速度 【自我评价】你对自己本节课的知识掌握、课堂表现作何评价？今后如何改进？ ( 1-2- 2 ) ( 1-2- 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$