1.2 洛伦兹力 课件-2025-2026学年高二上学期物理鲁科版选择性必修第二册

知道洛伦兹力与安培力的关系，会推导洛伦兹力公式并会计算洛伦兹力的大小。 02 知道什么是洛伦兹力，会用左手定则判断洛伦兹力的方向。 01 会分析带电体在洛伦兹力作用下的运动。 03 难点 重点 重点 通电导线在磁场中会受到安培力的作用 电流是由电荷定向移动形成的 磁场对运动电荷也会产生作用吗？ 如果有，该作用力的大小和方向有什么规律呢？ 能否从安培力出发推理出来呢？ 公司logo 公司logo 导入 01 磁场对运动电荷的作用 阴极射线管发出的阴极射线是一束高速运动的电子流。射线侧面的荧光屏显示了电子的径迹。当不加磁场时，电子束沿直线方向前进，当把U形磁铁从上方逐渐靠近阴极射线管，将观察到电子束在磁场中发生了偏转，调转磁极，观察到电子束的偏转方向发生改变。 磁场对运动电荷会产生力的作用 1.该实验现象说明了什么？ 公司logo 公司logo 观察与思考 2.尝试根据电流的方向及左手定则总结出判断洛伦兹力方向的方法。 伸出左手，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 规定正电荷定向移动的方向为正方向 若运动电荷为正电荷 公司logo 公司logo 观察与思考 若形成电流的是负电荷的定向移动，如何判断负电荷所受洛伦兹力的方向？ 伸出左手，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，四指指向负电荷运动的反方向，拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向 负电荷所受洛伦兹力方向与正电荷所受洛伦兹力的方向相反 v 拓展 洛伦兹力 左手定则： 负电荷运动 的反方向 磁感线 四 指 大拇指 穿过手心 正电荷运动方向(即电流方向) 正电荷所受洛伦兹力方向 定义：磁场对运动电荷的作用力 公司logo 公司logo 核心知识 1.洛伦兹力f、磁场B及电荷运动速度v三个量的方向关系是怎样的？ v B f v B f 2.洛伦兹力f 的方向总是垂直于电荷运动速度v和磁场B方向所决定的平面，那么，B与v一定垂直吗？ 答案　B与v不一定垂直，如右图所示 3.洛伦兹力的方向时刻与速度 的方向垂直，洛伦兹力的效果 是改变速度的大小还是方向？洛伦兹力的做功情况如何？ f⊥v，洛伦兹力对带电粒子永不做功，只改变v方向，不改变v大小 答案　f⊥B、f⊥v 公司logo 公司logo 思考与讨论 (1)运动电荷在磁场中不一定受洛伦兹力。(　　) (2)用左手定则判断洛伦兹力方向时“四指的指向”与电荷运动方向相同。(　　) (3)运动电荷在某处不受洛伦兹力的作用，则该处的磁感应强度一定为零。(　　) (4)洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能，也不能改变带电粒子的速度。(　　) √ × × × 辨析 1.(2025·三明市高二期末)匀强磁场中，带电粒子的速度为v、所受洛伦兹力为f，则下图正确的是 f 垂直纸面向外 f √ f =0 例题 02 从安培力到洛伦兹力 通电直导线垂直于磁场放置，设导线的横截面积为S，导线中单位体积内所含的自由电子数为n，电子电荷量大小为e，自由电子定向移动的平均速率为v。 (1)截取一段长度l=vΔt 的导线中所含的自由电子数N为？ N=nSl=nSvΔt (2)在Δt 时间内通过导线横截面的电荷量Δq为？ Δq=neSvΔt (3)通过导线的电流I为？ I= =neSv (4)这段导线所受到的安培力F ？ (5)每个自由电子所受到的洛伦兹力f ？ F=IlB=neSv2BΔt f==evB 安培力可视为大量运动电荷受到洛伦兹力的宏观表现 洛伦兹力的大小 当v⊥B时，f＝qvB 当v∥B时，f＝0 当v与B成θ角时，f＝qvB⊥＝qvBsin θ v B∥ B┴ 洛伦兹力最大 洛伦兹力为零 公司logo 公司logo 核心知识 项目 洛伦兹力 安培力 作用对象 _________ _________ 力的大小 f=____(v⊥B)，f=___(v∥B) F=____(I⊥B)，F=___(I∥B) 力的方向 作用效果 联系 安培力 洛伦兹力 运动电荷 通电导体 qvB 0 IlB 0 左手定则 宏观表现 微观解释 f⊥v与B平面（正、负电荷） F⊥I与B平面 只改变v方向，不改变大小 f对运动电荷不做功 可以改变通电导体的运动状态，对通电导体做功，实现电能和 其他形式的能的相互转化 公司logo 公司logo 核心知识 2.(多选)(2024·永安市第三中学高二检测)匀强磁场的磁感应强度为B，带电粒子的速率为v，带电荷量为q，下列带电粒子所受洛伦兹力的大小和方向正确的是 A.图甲为f=qvB，方向与v方向垂直斜向上 B.图乙为f=qvB，方向与v方向垂直斜向下 C.图丙为f=qvB，方向垂直纸面向外 D.图丁为f=qvB，方向垂直纸面向里 √ √ 例题 图甲中根据左手定则可知洛伦兹力方向垂直于速度方向斜向上，大小为qvB，选项A正确； 图乙中粒子受力方向垂直于速度方向斜向上，大小为qvB，选项B错误； 图丙中速度方向与磁场方向平行，不受洛伦兹力，选项C错误； 图丁中将速度分解为水平方向和竖直方向，则所受洛伦兹力大小为qvBcos 60°=，方向垂直纸面向里，选项D正确。 03 带电体在匀强磁场 中的运动 由粒子的运动轨迹照片可看出，在磁场中粒子的运动轨迹有大小不等的圆形、螺旋形等。为什么它们会形成这样的运动轨迹呢？ 带电体在匀强磁场中速度变化 洛伦兹力往往随之变化 进一步导致弹力、摩擦力等力的变化 可利用牛顿运动定律和平衡条件进行分析 带电体在变力作用下将做变加速运动 公司logo 公司logo 观察与思考 A.3mg+BqB.3mg+Bq C.3mg-BqD.3mg-Bq √ 3.在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一长为l的绝缘细线，一端固定于O点，另一端连一质量为m、带电荷量为+q(q>0)的小球，将小球与细线拉至右侧与磁感线垂直的水平位置，由静止释放，重力加速度为g，不计空气阻力，则小球第一次通过最低位置时细线上的拉力大小为 例题 设小球第一次通过最低位置时速度大小为v，小球从右向左通过最低位置，由左手定则可知，在最低位置时小球所受洛伦兹力F方向竖直向下，在最低位置，小球受到重力mg、洛伦兹力F 和细线的拉力T，根据牛顿第二定律有T-F-mg=m。小球从释放点运动至最低位置过程中，细线的拉力、洛伦兹力均不做功，根据动能定理有mgl=mv2，又F=qvB，解得T=3mg+Bq，选项B正确。 拓展1　例3中，若细线始终处于张紧状态，小球第二次通过最低位置时悬线上的拉力大小为多少。 3mg-Bq 拓展2　(多选)例3中，小球先后两次通过最低位置时，相同的物理量有 A.小球受到的洛伦兹力 B.小球的加速度 C.小球的动能 D.小球的动量 √ √ 例题 拓展1 小球第一次通过最低位置后继续向左运动，由于细线的拉力、洛伦兹力均不做功，因此小球运动到左侧最高点时，细线水平且与磁感线垂直，之后小球向右摆动，第二次通过最低位置时速度大小仍为v，方向从左向右，由左手定则可知此时小球所受洛伦兹力F'方向向上，在最低位置，小球受到重力mg、洛伦兹力f'和细线的拉力T'，根据牛顿第二定律有T'+F'-mg=m，又F'=qvB，解得T'=3mg-Bq。 拓展2　小球先后两次通过最低位置时速度大小相等、方向相反，动能相等，动量大小相等但方向相反。由左手定则及F洛=qvB可知小球先后两次受到的洛伦兹力大小相等、方向相反。小球的加速度为做圆周运动的向心加速度，由a=可知先后两次小球的向心加速度相同，选项B、C正确，A、D错误。 4.(2024·福州第十八中学高二期末)足够长的竖直绝缘墙壁右侧存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。质量为m、带电荷量为-q(q>0)的绝缘物块与绝缘墙壁之间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g。现将小物块紧贴竖直墙壁由静止释放，小物块沿绝缘墙壁下滑，墙壁足够长，下列说法错误的是 A.小物块运动过程中的最大加速度为g B.小物块所受的摩擦力与速度成正比 C.小物块运动一段时间后将离开墙壁 D.小物块的最大速度v= √ 例题 根据平衡条件得N=qvB，小物块所受的摩擦力f=μN=μqvB，与速度成正比，故B正确； 小物块运动过程中的加速度a=，物块由静止释放时有最大加速 度am=g，故A正确； 物块向下做加速运动，物块受到重力、墙壁对其支持力、竖直向上的摩擦力和洛伦兹力，当物块受到的重力与摩擦力相等时，物块达到最大速度之后做匀速直线运动，故小物块不会离开墙壁，根据平衡条件 得μqvB=mg，解得小物块能达到的最大速度为v=，故C错误，D正确。 左手定则：磁感线穿手心，四指正电荷 运动方向，大拇指洛伦兹力方向 当v⊥B时，f＝qvB，洛伦兹力最大 f⊥B，f⊥v，但B与v不一定垂直，洛伦兹力永不做功 磁场对运动电荷的作用 洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力 洛伦兹力 安培力与洛伦兹力 当v∥B时，f＝0，不受洛伦兹力 当v与B成θ角时，f＝qvBsin θ 带电体在匀强磁场中的运动 洛伦兹力表达式推导 洛伦兹力与安培力 v B∥ B┴ 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! $首先我们了解一下阴极射线管磁效应管，它有已抽成真空。的玻璃管。两个电极。荧光板挡板。构成。挡板上有一个狭缝，接通电源后，电子在电场的加速下从阴极射向阳极，在通过狭缝后形成一个扁平的电子束撞击，在荧光板上显现出一条电子数的禁忌。电子感应圈。是一个能提供小功率、可调高压电源的装置。将电子感应圈的正负极分别连入阴极射线管的两端，打开电源观察现象，可以看到荧光板上显现出一条呈直线的电子数。用一个U型磁铁在电子束的路径上施加磁场观察现象，可以看到电子数不再是直线，而是呈弧线往右上方偏转。将U型磁铁。的N级和S级对调，观察现象可以看到电子数不再是直线，而是呈弧线往右下方偏转。在该实验中通电后，在没有磁场的情况下，阴极射线管荧光屏上显现出一条笔直光亮的电子束。当放入U型磁铁后，荧光屏上的电子束发生了偏转。这是因为磁场对它有作用力，且力的方向与磁场方向有关。由实验可知，磁场对运动电荷有作用力，即洛仑兹力。