第1章 2 磁场对运动电荷的作用力（课件）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第二册（人教版 江苏北京专用）

该高中物理课件围绕洛伦兹力展开，系统讲解其方向（左手定则）、大小（F=qvBsinθ）及与安培力、电场力的区别联系，通过知识辨析衔接前后知识，构建从宏观到微观的学习支架。 亮点在于结合典例构建类平抛运动等模型，通过对比表格深化物理观念，联系显像管、电磁流量计等应用培养科学思维与责任。学生能提升推理能力，教师可高效开展结构化教学。

1.洛伦兹力:运动电荷在磁场中受到的力叫作洛伦兹力。 2.洛伦兹力的方向 (1)左手定则:伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内;让磁感线 从掌心垂直进入,并使四指指向正电荷运动的方向,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(如图所示)。负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反。 知识点 1 洛伦兹力的方向 2 磁场对运动电荷的作用力 必备知识 清单破 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 (2)洛伦兹力方向的特点:F⊥B,F⊥v,即F垂直于B和v所决定的平面。但B与v不一定垂直,如图 甲、乙所示。 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 1.电荷量为q的粒子以速度v运动时,如果速度方向与磁感应强度B的方向垂直,那么粒子受到 的洛伦兹力为F=qvB。 2.在一般情况下,当电荷运动的方向与磁场的方向夹角为θ时,电荷所受的洛伦兹力为F=qvB sin θ。 3.当电荷平行于磁场方向运动(即θ=0°或θ=180°)时,F=0。 知识点 2 洛伦兹力的大小 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 1.构造:如图所示,由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成。   2.原理 (1)电子枪发射电子束。 (2)电子束在磁场中偏转。 知识点 3 电子束的磁偏转——显像管 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 (3)荧光屏被电子束撞击发光。 3.扫描:在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场,其方向、强弱都在不断变化,使得电 子束打在荧光屏上的光点从上向下、从左向右不断移动。 4.偏转线圈:使电子束偏转的磁场是由偏转线圈产生的。 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 知识辨析 1.电荷在电场中一定受电场力,电荷在磁场中一定受洛伦兹力吗? 2.带电粒子沿着哪一方向射入磁场时,洛伦兹力对带电粒子做正功? 3.一个长直螺线管中通有恒定电流,有一电子沿螺线管轴线射入管中,电子将在管中做曲线运 动还是直线运动? 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 一语破的 1.不一定。放入电场中的电荷一定受电场力作用;放入磁场中的电荷,当电荷静止或电荷运动 方向与磁场方向平行时,电荷不受洛伦兹力作用。 2.带电粒子受到的洛伦兹力总是跟速度垂直,即洛伦兹力在任何情况下都不做功。 3.直线运动。长直螺线管内部磁场方向始终与螺线管轴线平行,电子沿螺线管轴线射入管中 时不受洛伦兹力作用,做匀速直线运动。 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 1.洛伦兹力与安培力的区别和联系 关键能力 定点破 定点 1 洛伦兹力与安培力和电场力的比较 区别 联系 ①洛伦兹力是指单个运动电荷所受到的磁 场力,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,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是导体中定向移动的 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 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 2.洛伦兹力与电场力的比较 洛伦兹力F洛 电场力F电 性质 磁场对在其中运动的电荷的作用力 电场对放入其中的电荷的作用力 产生条件 v≠0且v与B不平行 电场中的电荷一定受到电场力作用 大小 F洛=qvB(v⊥B) F电=qE 力方向与场方向的关系 F洛⊥B 正电荷所受电场力方向与电场方向相同,负电荷所受电场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 力为零时场的情况 F洛为零,B不一定为零 F电为零,E一定为零 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 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 1.洛伦兹力不做功,但其分力可以做功。如某带电粒子在磁场中运动,某一时刻的速度与洛伦 兹力的方向如图甲所示,如果把洛伦兹力F洛按如图所示方向分解,则由v1对应的F洛1对粒子做 负功,由v2对应的F洛2对粒子做正功,而F洛1和F洛2所做功的代数和仍然为零。   2.洛伦兹力不做功,但可以影响其他力做功。洛伦兹力往往通过两个途径影响其他力做功: (1)改变其他力的大小;(2)改变其他力方向上的位移大小。如图乙,在水平正交的匀强电场和 匀强磁场中,带正电的小物块从绝缘粗糙的竖直墙壁的M点由静止下滑,当它滑行到N点后,离 定点 2 洛伦兹力的特点 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 开墙壁做曲线运动。小物块从M点运动到N点的过程中,虽然洛伦兹力不做功,但其改变了物 块与墙壁之间的压力,从而改变了摩擦力的大小;从N点运动到P点的过程中,虽然洛伦兹力不 做功,但其增加了物块在水平方向的位移,间接改变了电场力所做的功。   3.若电荷在电场力、重力和洛伦兹力共同作用下做直线运动,由于电场力和重力为恒力,洛伦 兹力方向与速度方向垂直且大小随速度大小而改变,所以只要电荷速度大小发生变化,电荷 就会脱离原来的直线轨道而沿曲线运动。可见,只有电荷的速度大小不变,电荷才可能做直 线运动,即电荷在电场力、重力和洛伦兹力共同作用下做直线运动时,一定做匀速直线运动, 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 如图丙。   第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 典例　如图所示,长度为L、内壁光滑的轻玻璃管平放在水平面上,管底有一质量为m、电荷 量为q的带正电小球,整个装置以速度v0进入磁感应强度为B的匀强磁场,磁场方向竖直向 下。在外力的作用下玻璃管向右匀速运动【1】,最终小球从玻璃管上端口飞出【2】。从玻璃管 进入磁场至小球飞出上端口的过程中     (　    ) A.小球运动轨迹是一段圆弧 B.小球的加速度逐渐增大 C.洛伦兹力对小球做功Wf=qv0BL 典例 D D.管壁的弹力对小球做功WF=qv0BL 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 信息提取    【1】沿管方向小球所受洛伦兹力为恒力。 【2】小球沿管做初速度为0的匀加速直线运动。 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 模型构建    小球水平向右做匀速直线运动,沿管方向做匀加速直线运动,构建类平抛运动模 型。 洛伦兹力与合速度方向始终垂直,不做功,但洛伦兹力的分力可以做功,并且一定是一个分力 做正功,另一个分力做负功,所做功的代数和为零。 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 解析    小球既和管一起向右做匀速直线运动,又沿管方向做匀加速直线运动,小球做类平抛 运动,其运动轨迹是抛物线,A、B错误;因为洛伦兹力方向总是跟合速度方向垂直,所以洛伦 兹力永不做功,C错误;沿管方向小球所受洛伦兹力为恒力,由牛顿第二定律得qv0B=ma,解得a = ,最终小球从玻璃管上端口飞出,沿管方向的速度为v'= ,水平方向的速度为v0,小球 飞出时速度为v= ,整个过程,洛伦兹力不做功,只有管壁对小球向右的弹力对小球做正 功,由动能定理得WF= mv2- m ,解得管壁的弹力对小球做功WF=qv0BL,D正确。 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 1.涉及洛伦兹力的动力学问题中,因洛伦兹力的大小和方向与物体的运动状态有关,在分析物 体的运动过程时需将运动对受力的影响、受力对运动的影响综合考虑来确定物体的运动性 质及运动过程,此类问题中往往还会出现临界状态,需分析临界状态下满足的条件。 2.在涉及洛伦兹力的能量问题中,因洛伦兹力不做功,系统能量的转化取决于其他力做功的情 况,但有无洛伦兹力作用会引起物体运动状态有差别、其他力做功有差别、能量转化有差别 等。 3.在涉及洛伦兹力的非匀变速运动过程中,可利用运动的合成与分解来定性地判定通过的位 移、运动的时间等问题。 定点 3 带电物体在洛伦兹力作用下的运动问题 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 典例　如图所示,一表面粗糙的、倾角θ=37°的绝缘斜面,处于垂直纸面向里的匀强磁场中,磁 场的磁感应强度B=4 T。一质量m=0.02 kg、电荷量q=0.01 C的带正电物体(可视为质点)从斜 面上的某点由静止开始下滑【1】,斜面足够长,物体在下滑过程中克服摩擦力做的功Wf=0.08 J。重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。试求: (1)物体在斜面上运动的最大速率【2】; (2)物体沿斜面下滑的最大距离。 典例 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 信息提取    【1】物体受到的洛伦兹力方向垂直斜面向上且逐渐增大。 【2】物体在斜面上一直加速,脱离斜面时速率最大。 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 思路点拨    (1)根据左手定则,知物体下滑过程中受到方向垂直斜面向上的洛伦兹力,物体速 度逐渐增大,则洛伦兹力逐渐增大,当洛伦兹力与重力沿垂直斜面向下方向的分力大小相等 时,物体恰好脱离斜面【3】,此时物体的速率为在斜面上运动的最大速率。 (2)物体下滑过程中,只有重力和摩擦力做功,针对下滑过程根据动能定理【4】列式,得出物体下 滑的高度,再由几何关系得出物体沿斜面下滑的最大距离。 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 解析    (1)物体在斜面上运动的速率最大时,满足的条件为qvB=mg cos θ(由【1】、【2】和 【3】得到) 解得最大速率v=4 m/s (2)由于洛伦兹力不做功,物体沿斜面下滑过程,有mgΔh-Wf= mv2-0(由【4】得到) 解得Δh=1.2 m 物体沿斜面下滑的最大距离s= =2 m 答案    (1)4 m/s    (2)2 m 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 1.速度选择器 　　如图所示,D1和D2是两个平行金属板,分别连在电源的两极上,其间产生一电场强度为E 的电场,同时在此空间加有垂直于电场方向的磁场,磁感应强度为B。S1、S2为两个小孔,且S1 与S2连线与金属板平行。沿S1、S2连线方向从S1飞入的带电粒子,只有做直线运动才可以从S2 飞出,因此能从S2飞出的带电粒子所受的电场力与洛伦兹力平衡,即qE=qvB,故只要带电粒子 的速度满足v= ,即使电性不同、比荷不同,也可沿直线穿出右侧的小孔S2,而其他速度的粒 子要么上偏,要么下偏,无法穿出S2。因此利用这个装置可以达到选择某一速度带电粒子的目 的,故称为速度选择器。 定点 4 洛伦兹力与现代科技 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 2.磁流体发电机 　　如图甲所示,将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量带正电和带负电的粒子,从 整体上来说呈电中性)喷射入匀强磁场,磁场中有两块金属板A、B,则高速射入的粒子在洛伦 兹力的作用下向A、B两板聚集,使两板间产生电势差。 若平行金属板间距为d,匀强磁场的磁感应强度为B,等离子体流速为v,气体从一侧垂直磁场 射入板间,不计气体电阻,外电路电阻为R,运动的带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用发生偏 转,正、负粒子分别到达B、A极板(B为电源正极,故电流方向从b到a),使A、B板间产生匀强 电场,在电场力的作用下偏转逐渐减弱,当带电粒子不发生偏转即匀速穿过时,如图乙所示,有 qvB=qE,所以此时两极板间最大电压U=Ed=Bdv,据闭合电路欧姆定律可得最大电流I= 。 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 3.电磁流量计 (1)原理:如图所示是电磁流量计的示意图,在非磁性材料做成的直径为D的圆管道外加一磁 感应强度为B的匀强磁场,当管中的导电液体流过此磁场区域时,测出管壁上a、b两点间的电 势差U,就可以知道管中液体的流量Q(m3/s)——单位时间内流过液体的体积。 (2)流量的计算:电荷随液体流动,受到与速度方向垂直的洛伦兹力,使正、负电荷在上下两侧 聚集,形成电场。当电场力与洛伦兹力平衡时,达到稳态,此时q =qvB,得v= ,液体流量Q=  v= 。 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 典例　在某实验室中有一种污水流量计如图甲所示,其原理可以简化为如图乙所示模型:含 有大量正、负离子的污水从直径为d的圆柱形【1】容器右侧流入,从左侧流出,流量值Q等于单 位时间内通过容器横截面的液体的体积【2】,空间有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁 场。下列说法正确的是 (　    )   典例 D A.正、负离子所受洛伦兹力方向水平向左 B.正、负离子所受洛伦兹力方向相同 C.污水流量计也可以用于测量不含自由电荷的液体的流速 D.只需要测量M、N两点间电压就能够推算污水的流量 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 信息提取    【1】容器横截面积S= 。 【2】污水流量Q=Sv。 思路点拨    先根据左手定则【3】判断正、负离子所受洛伦兹力的方向,再根据电磁流量计工 作原理【4】分析C选项,然后根据平衡条件【5】分析污水的流速,最后根据流量定义求解污水流 量。 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 解析    正离子受到向下的洛伦兹力(由【3】得到),负离子受到向上的洛伦兹力(由【3】得 到),故A、B错误;正、负离子往不同方向运动,从而形成电势差,通过测量电势差的大小可以 计算流速(由【4】得到),因此无法测量不含自由电荷的液体的流速,故C错误;M、N两点间电 压稳定后,有qvB=q (由【5】得到),解得U=Bvd,污水流量Q= v,其中v= ,解得Q=  (由【1】、【2】得到),故D正确。故选D。 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 $