1.2 磁场对运动电荷的作用力 导学案 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

该高中物理导学案聚焦“磁场对运动电荷的作用力”，核心内容包括洛伦兹力的方向判断、大小计算及在显像管、速度选择器等中的应用。通过观察电子束磁场偏转实验导入，以安培力宏观表现为基础推导洛伦兹力微观本质，搭建前后知识联系的学习支架。 资料突出实验探究与理论推导融合，通过模型建构（安培力到洛伦兹力推导）和科学推理培养科学思维，结合地磁暴、极光等实际情境体现科学态度与责任，分层习题（基础感知到综合应用）助力物理观念形成与问题解决能力提升。

编号：XB2-1-2 高碑店新城紫泉中学学生导学提纲 （高二年级物理学科） 班级： 姓名： 日期： 课题：1.2 磁场对运动电荷的作用力 【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。 【学习重难点】 洛伦兹力的方向和大小 【基础感知】现象：添加磁场后，电子束会发生 ，改变磁场方向后，电子束会向 洛伦兹力的方向 观察电子束在磁场中的偏转 实验结论：电子束在磁场中 洛伦兹力定义：运动电荷在磁场中受到的力 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 ，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向 运动的方向，这时拇指所指的方向就是 电荷所受洛伦兹力的方向，负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相 特点：F B，F v，即F 于B和v决定的平面 构建条件 安培力与洛伦兹力的关系：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 设静止导线内单位体积上自由电荷数为n，自由电荷的电荷量为q，定向移动的速度为v，导线横截面积为S，自由电荷通过该段导线的时间为t，B⊥I 推导 安培力公式： = 电流微观表达式： 分析 洛伦兹力的大小 该段产生安培力的导线长度： 通过横截面的电荷数： 适用条件： v是带电粒子相对于磁场的速度 公式 当v=0时，F=0 θ=0时，B∥v，sinθ=0,F=0,最小 θ=90°时，B⊥v，sinθ=1,，最大 θ是B与v的夹角 区别 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 洛伦兹力与安培力对比 洛伦兹力 做功，而安培力 做功 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 大小关系：F安＝NF洛(N是导体中定向运动的电荷数，适用于静止导线) 联系 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 电子束的偏转 原理：F洛⊥v,当带电粒子在磁场中运动时，因受到洛伦兹力的作用，就会发生 电子枪：产生高速运动的电子束 结构 显像管 偏转线圈：使电子按要求发生 荧光屏：当电子与荧光屏撞击时，撞击位置会发光 洛伦兹力的应用 扫描：电子束打在荧光屏上的光点不断移动；电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫作一场 速度选择器 原理：忽略重力，带电粒子 进入匀强电场中，添加与电场 的匀强磁场，即B⊥E,使带电粒子受方向相反的洛伦兹力F洛和静电力F电，当 时，粒子不发生偏转，能够通过速度选择器，而受力不平衡的粒子由于发生偏转会打在极板上，从而无法通过速度选择器 ①选择的速度：平衡条件：qBv＝qE，故v＝ ②速度选择器只选择速度(大小、 )而不选择粒子的质量和电荷量 ③速度选择器B、E、v三个物理量的大小、方向互相约束，以保证粒子受到的电场力和洛伦兹力等大、反向． 特点 磁流体发电机 等离子体：高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒．而从整体上来说是呈电中性 原理：将一束等离子体喷射入磁场，磁场中有两块金属板A、B，则高速射入的离子在洛伦兹力的作用下向A、B两板 ，使两板间产生 ，从而能够对外供电。 最大电势差：随离子在金属板上聚集，电场强度越来越 ，离子所受静电力越来越 ，当F洛=F电时，离子不再发生偏转，极板上电荷不再增加，此时qvB＝qE，电势差U＝Ed＝Bdv，不再 。据闭合电路欧姆定律可得电流大小I＝ 【能力提升】 洛伦兹力的方向 1．下列各图中标出了磁场B和带电粒子运动速度v的方向，该时刻粒子所受洛伦兹力方向沿纸面向左的是（　　） A． B． C． D． 2．画出如图所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力方向（也可以用文字描述）。    3．带电粒子在磁场中的运动情况如图所示．试分析粒子所受洛伦兹力的方向。 4．如图所示，水平绝缘地面上方有垂直于纸面向里的匀强磁场，下列四个质量相同的小球（图中未画出）中对地面压力最大的是（    ） A．静止的带正电小球甲 B．水平向右运动的带负电小球乙 C．水平向右运动的不带电小球丙 D．水平向右运动的带正电小球丁 5．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（如图所示）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会到达地面。下列说法中正确的是（　　） A．地磁场对宇宙射线的阻挡作用与宇宙射线射向地球的纬度及速度方向无关 B．地磁场对垂直射向地球表面的宇宙射线的阻挡作用在南、北两极附近最强，赤道附近最弱 C．地磁场对垂直射向地球表面的宇宙射线的阻挡作用在南、北两极附近最弱，赤道附近最强 D．地磁场会使沿地球赤道平面内射来的宇宙射线中的带电粒子向两极偏转 洛伦兹力的大小 6．如图所示，磁场的磁感应强度为B。设磁场中有一段通电导线，横截面积为S，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q且定向运动的速率都是v。 (1)图中一段长度为vt的导线中的自由电荷数是多少？导线中的电流为多大？ (2)图中一段长度为vt的导线在磁场中所受安培力多大？ (3)每个自由电荷所受洛伦兹力大小？ 7．如图所示，放射性元素镭放射出三种射线，虚线内是匀强磁场，其方向垂直纸面向外。能正确反映三种射线在磁场中运动轨迹的是（　　） A． B． C． D． 8．如图所示，各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均为v，带电荷量均为q。试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小，并指出洛伦兹力的方向。 (1) (2) (3) (4) 9．（多选）电荷量为的粒子以速度在磁感应强度为的匀强磁场中运动，不计粒子重力，则粒子所受洛伦兹力的大小可能为（　　） A．0 B． C． D． 10．下列有关带电粒子在磁场中受到洛伦兹力的说法正确的是（　　） A．速度大的粒子受到的洛伦兹力一定大 B．洛伦兹力的方向一定垂直于磁场方向 C．粒子的速度方向一定垂直于磁场方向 D．磁感应强度大的位置粒子受到的洛伦兹力一定大 11．（多选）太阳风是从太阳上层大气射出的带电粒子流，当太阳风掠过地球时，会引起地磁暴并影响通信。一定区域内的地磁场可视为方向垂直纸面向里的匀强磁场，太阳风中的某带电粒子以垂直该磁场方向的速度射入，其运动轨迹如图所示。已知带电粒子在运动过程中与空气分子碰撞，动能不断减小，带电量及质量均保持不变，则该粒子（　　） A．从a运动到b B．从b运动到a C．带正电 D．带负电 12．2025年6月1日，出现了6小时特大地磁暴，在我国北方多地观测到了极光现象。来自太阳的高能带电粒子流被地磁场俘获，形成极光现象。如图所示，是某高能粒子被地磁场俘获后的运动轨迹示意图，忽略万有引力和带电粒子间的相互作用，以下说法正确的是（　　） A．图中所示的带电粒子带负电 B．洛伦兹力对带电粒子做负功，使其动能减少 C．图中所示的带电粒子做螺旋运动时，旋转半径不变 D．若带正电的粒子在赤道正上方垂直射向地面，一定会向西偏转 13．如图，真空中有一条水平放置的直导线，导线中通有向右的恒定电流，导线的正下方有一个带正电粒子以一定的初速度平行于导线射入。不计粒子的重力，则粒子的运动轨迹（图中虚线）可能是（　　） A． B． C． D． 14．（多选）1932年、美国物理学家安德森利用放在匀强磁场中的云室来研究某种宇宙射线粒子—正电子，并在云室中加入一块厚约的铅板，借以减慢粒子的速度。当该粒子通过云室内的匀强磁场时，拍下粒子径迹的照片，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．粒子从上向下穿过铅板 B．粒子从下向上穿过铅板 C．该匀强磁场的方向为垂直纸面向外 D．该匀强磁场的方向为垂直纸面向里 电子术的偏转 15．如图所示是电视显像管工作原理示意图（俯视图），电流通过偏转线圈，从而产生偏转磁场，电子束经过偏转磁场后运动轨迹发生偏转，不计电子的重力。没有偏转磁场时，电子束打在荧光屏的中心点，若调节偏转线圈中的电流，使电子束打到荧光屏上的点，下列说法正确的是（　　） A．偏转磁场的方向水平向左 B．偏转磁场的方向水平向右 C．偏转磁场的方向垂直纸面向外 D．偏转磁场的方向垂直纸面向里 16．如图所示，显像管内电子枪射出的电子束射向荧光屏，若不加磁场，电子束将沿图中虚线打在荧光屏的中心。用一条形磁铁的极靠近显像管，电子束将（　　） A．向纸外偏转 B．向纸内偏转 C．向上偏转 D．向下偏转 17．下图为显像管原理剖面示意图，电子枪发射电子束，在没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O点。通过安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场可以使电子束发生偏转，关于偏转磁场与电子束偏转情况说法正确的是（　　） A．要使电子束在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上的A点，偏转磁场应竖直向上 B．要使电子束在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上的A点，偏转磁场应垂直纸面向外 C．要使电子束打在荧光屏上的位置由B点逐渐向A点移动，偏转磁场的强度应逐渐减小 D．要使电子束打在荧光屏上的位置由B点逐渐向A点移动，偏转磁场的强度应逐渐增加 18．如图所示是电子射线管的示意图。电子射线由阴极沿轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线。要使荧光屏上的亮线向下（轴负方向）偏转，在下列措施中可采用的是（　　） A．加一电场，电场方向沿轴负方向 B．加一电场，电场方向沿轴正方向 C．加一磁场，磁场方向沿轴负方向 D．加一磁场，磁场方向沿轴正方向 【思维训练】 速度选择器 19．如图所示，速度选择器的两板间有互相垂直的匀强电场和匀强磁场，甲、乙两个带电粒子先后以一定的速度从速度选择器左侧射入，恰好都能沿直线飞出速度选择器，不考虑两粒子间的相互作用，不计粒子受到的重力和空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．甲、乙两粒子一定都带正电 B．甲、乙两粒子的速度大小一定相等 C．甲、乙两粒子的速度方向可能不同 D．若仅将甲、乙两粒子改为从右侧射入，则两粒子仍将沿直线飞出 20．速度选择器，在水平金属板间存在正交的电场和磁场，电场强度为，磁感应强度为，方向如图所示。一带电粒子（重力不计）从左端以速度沿虚线射入，恰能沿直线通过该区域，下列说法正确的是（　　） A．粒子一定带正电 B．若只将粒子的电荷量变为原来的二倍，则粒子将向下偏 C．粒子的速度大小为 D．若只增大电场强度，则粒子将做曲线运动，洛伦兹力做负功 21．如图所示是一速度选择器，当粒子速度满足时，粒子沿图中虚线水平射出；若某一粒子以速度射入该速度选择器后，运动轨迹为图中实线，则关于该粒子的说法正确的是（    ） A．粒子一定带正电 B．粒子射入的速度一定是 C．粒子射出时的速度可能大于射入速度 D．粒子射出时的速度一定小于射入速度 22．速度选择器的原理如图所示，两块带电平行板之间的电场强度方向竖直向下，匀强磁场的磁感应强度大小为B=1.0×10-2T，方向垂直纸面向里。一个质量为m=5.0×10-26kg、电荷量q=2.0×10-16C的带正电的粒子（重力不计）。以速度v=2.0×106m/s沿图示方向进入速度选择器，恰能沿图示虚线路径做匀速直线运动。求： (1)电场强度的大小E； (2)撤掉电场后，粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R。 磁流体发电机 23.（多选）一种用磁流体发电的装置如图所示，A、B是两块在强磁场中相互平行的金属板，将一束含有大量异种电荷的等离子体以一定的速度喷入磁场，AB板间便产生电压。如果把AB和用电器连接，AB就是一个直流电源的两极，下列说法中正确的是（　　） A．A极板相当于电源正极 B．B极板相当于电源正极 C．等离子体的入射速度增大，A、B两板间的电势差减小 D．等离子体的入射速度增大，A、B两板间的电势差增大 24．（多选）磁流体发电具有清洁、绿色、发电效率高等突出的优点。下图为磁流体发电机的示意图，一束等离子体（含正、负离子）沿图示方向垂直射入一对磁极产生的匀强磁场中，A、B是一对平行于磁场放置的金属板，板间连入电阻R，则电路稳定后（　　） A．正离子在磁场中向下偏转 B．R中有向下的电流 C．A、B板聚集的电荷量基本不变 D．离子在磁场中偏转时洛伦兹力可能做功 25．一种用磁流体发电的装置如图所示，间距为d的平行金属板A、B之间有一个很强的匀强磁场，磁感应强度为B，将一束等离子体（大量质量为m，带电量为e的正负带电粒子）由静止通过电压为U的电场加速后沿垂直于B的方向喷入磁场，A、B两板间便产生电压。如果把A、B和用电器连接，A、B就是一个直流电源的两个电极，不计A、B板间等离子体的电阻，求： （1）等离子体喷入磁场时的速度v； （2）稳定时A、B板间的电势差。 电磁流量计 26．为监测某化工厂的含有离子的污水排放情况，技术人员在排污管中安装了监测装置，该装置的核心部分是一个用绝缘材料制成的空腔，其宽和高分别为和，左、右两端开口与排污管相连，如图所示。在垂直于上、下底面加磁感应强度为的向下的匀强磁场，在空腔前、后两个面上各有长为的相互平行且正对的电极和，和之间接有电压表（图中未画出）。污水从左向右流经该装置，下列说法正确的是（　　） A．板比板电势高 B．污水中离子浓度越高，则电压表的示数越小 C．污水流速越快，电压表示数越大 D．若只增大所加磁场的磁感应强度，对电压表的示数无影响 27．污水流量计用于检测学校排污情况，其由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口。在垂直于上、下底面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在前后两个内侧面分别固定有金属板。污水充满管口从左向右流经该装置时，理想电压表将显示前后两面的电压U。若用Q表示污水流量（单位时间内流过管道横截面的流体体积），则（　　） A．后表面电势比前表面电势低 B．电压表的示数U与污水中离子浓度有关 C．污水流量Q与电压表的示数U成正比 D．污水流量Q与a、b有关 霍尔效应 28．如图所示，厚度为h，宽度为d的金属导体板放在匀强磁场中，磁场方向垂直于板的两个侧面向里，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。 （1）达到稳定时，导体板上下侧面的电势哪个高? （2）若测得上侧面A和下侧面之间的电压为U1，磁感应强度为B1时，求此时电子做匀速直线运动的速度为多少? （3）由于电流和电压很容易测量，因此霍尔效应经常被用于检测磁感应强度的大小。若已知该导体内部单位体积内自由电子数为电子电量为测得通过电流为I时，导体板上下侧面的电压为U，求此时磁感应强度B的大小。 29.笔记本电脑机身和显示屏分别安装有磁体和霍尔元件，当闭合显示屏时，霍尔元件靠近磁体，屏幕熄灭，其工作原理如图所示，长度为a、宽度为c、厚度为d的霍尔元件通以方向向右的恒定电流I，闭合显示屏时，处在磁感应强度大小为B、方向垂直于元件上表面向下的匀强磁场中，元件的前、后表面间出现电压U，且前表面的电势比后表面高，笔记本控制系统检测到该电压，立即熄灭屏幕。下列说法正确的是（　　） A．霍尔元件中的导电粒子带正电 B．磁场越强，导电粒子的定向移动速率越大 C．磁场不变时，前、后表面间的电压U与d成反比 D．磁场不变时，前、后表面间的电压U与c成反比 综合练习 30．如图所示，水平面上放置的一根一端封闭、内壁光滑的直管MN内有一个带正电的小球，空间中充满竖直向下的匀强磁场。开始时，直管水平放置，且小球位于管的封闭端M处。现使直管沿水平方向向右匀速运动，经一段时间后小球到达管的开口端N处。在小球从M到N的过程中 （　　） A．磁场对小球做正功 B．直管对小球不做功 C．小球所受洛伦兹力的方向不变 D．小球的运动轨迹是一条抛物线 31．如图所示，关于O点对称放置两根足够长的平行通电直导线P、Q（垂直纸面），P、Q通以大小相等、方向相反的恒定电流。放在粗糙水平面上的两个完全相同的绝缘物块M、N中间用刚性杆连接，一起从A点以速度v0向右运动，O、A、B三点在一条直线上。已知物块M带正电，物块N带负电，qM>qN，均可视为点电荷，下列说法正确的是（　　） A．从A点到O点，磁感应强度逐渐增大 B．物块M、N通过O点的过程中，速度先增大后减小 C．物块M、N通过O点的过程中，加速度先增大后减小 D．物块M、N通过O点的过程中，刚性杆先有拉伸的趋势后有压缩的趋势 32．如图所示，两足够长的通电直导线P、Q（垂直纸面）关于粗糙程度均匀的水平面对称分布，P、Q连线与水平面交点为O，P、Q通以大小相等、方向相反的恒定电流。一带正电的绝缘物块从A点以某一初速度向右运动，恰好运动到O点。下列说法正确的是（　　） A．从A到O，磁感应强度逐渐减小 B．从A到O，磁感应强度先增大后减小 C．从A到O，物块做匀减速直线运动 D．从A到O，物块做加速度逐渐增大的减速运动 33．（多选）倾角为的足够长斜面固定放置，竖直截面如图所示，整个空间存在垂直纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场。一质量为m、电荷量大小为q的滑块从斜面顶端由静止滑下，当位移大小为L时离开斜面。已知重力加速度为g，则下列关于滑块的说法中正确的是（　　） A．带正电 B．离开斜面时的速度大小为 C．在斜面上滑行过程中重力势能减少了 D．在斜面上滑行过程中克服摩擦力做功 34．（多选）如图所示，空间有一垂直纸面向外的磁感应强度为0.5T的匀强磁场，且足够长的绝缘木板静止在光滑水平面上，在木板左端放置、带电荷量的滑块，滑块与绝缘木板之间的动摩擦因数，滑块受到的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力。现对木板施加方向水平向左、大小的恒力，取，则（　　） A．滑块先做匀加速直线运动再做加速度减小的变加速直线运动 B．滑块匀加速运动的时间 C．滑块匀加速结束时的速度 D．滑块最终的速度 【学习总结】 第 1 页 共 4 页 学科网（北京）股份有限公司 $