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

选修二第一章安培力和洛伦兹力 第2节　磁场对运动电荷的作用力 学案设计 学习目标 1.知道什么是洛伦兹力,会利用左手定则判断洛伦兹力的方向。 2.知道洛伦兹力大小的推理过程。 3.掌握垂直进入磁场方向的带电粒子受到洛伦兹力大小的计算。 4.了解v和B垂直时的洛伦兹力大小及方向判断。理解洛伦兹力对电荷不做功。 5.了解电视显像管的工作原理。 自主预习 一、洛伦兹力的方向和大小 1.洛伦兹力 (1)定义:　　　　　　在磁场中受到的力。  (2)洛伦兹力与安培力的关系:通电导线在磁场中所受的安培力是导线中运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现,而洛伦兹力是安培力的　　　　　本质。  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　　　　　运动的方向,这时拇指所指的方向就是运动的　　　　　在磁场中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　　　　　。  (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。 3.洛伦兹力的大小 (1)当v与B成θ角时:F=　　　　　。  (2)当v⊥B时:F=　　　　　。  (3)当v∥B时:F=　　　　　。  二、电视显像管的工作原理 1.构造:如图1.2-18所示,由电子枪、　　　　　和荧光屏组成。  图1.2-18 2.原理 (1)电子枪　　　　　。  (2)电子束在磁场中　　　　　。  (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　　　　　,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　　　　　产生的。  课堂探究 一、洛伦兹力的方向 [演示实验]观察阴极射线在磁场中的偏转 结论1:洛伦兹力方向的判断——左手定则: 伸开　　　　　　　,使拇指和其余四个手指垂直,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　　　　　　　　的方向,那么拇指所指的方向就是　　　　　　　　　的方向。  二、洛伦兹力的大小 [思考与讨论]观察阴极射线在磁场中的偏转 如下图所示,设在匀强磁场B中,垂直放入长L的通电导线,设单位体积内导线中有n个自由电荷,每个自由电荷的电荷量都是q,定向移动的速度为v,长vt的导体中自由电荷在t时间内全部通过某一横截面S,这些电荷的电荷量Q=nqSvt,导线中的电流I=Q/t=nqSvt/t=nqSv,则磁场对这段导线的作用力F=BIL=nqSvBL,其中nLS是长为L的导线中运动的自由电荷的总数,这个力F可看作是作用在每个运动电荷上的作用力的合力,则单个运动电荷受到的洛伦兹力大小为f=F/(nLS)=qvB。即当电荷垂直磁场运动时受到的洛伦兹力的大小等于电荷的电荷量和速率跟磁感应强度的乘积。 图1.2-19　 结论2:洛伦兹力的计算公式 (1)当粒子运动方向与磁感应强度垂直时(v⊥B),F=　　　　　。  (2)当粒子运动方向与磁感应强度方向成θ角时,F=　　　　　。  (3)当粒子运动方向与磁感应强度方向相同时(v∥B),F=　　　　。  三、电子束的磁偏转 [视频演示]观察显像管的介绍和工作原理介绍 显像管的工作原理 (1)原理:　。  (2)构造:　。  [例题展示] 【例题1】关于电荷在磁场中运动的速度、磁场和电荷受到的洛伦兹力三者之间的方向关系如图所示,其中正确的是(　　) A B C D 【变式训练1】如图1.2-20所示,在真空中,水平导线中有恒定电流I通过,导线的正下方有一质子初速度方向与电流方向相同,则质子可能的运动情况是(　　) 图1.2-20 A.沿路径a运动　　　　 B.沿路径b运动 C.沿路径c运动 D.沿路径d运动 【例题2】关于带电粒子所受洛伦兹力F、磁感应强度B和粒子速度v三者方向之间的关系,下列说法正确的是(　　) A.F、B、v三者必定均保持垂直 B.F必定垂直于B、v,但B不一定垂直于v C.B必定垂直于F、v,但F不一定垂直于v D.v必定垂直于F、B,但F不一定垂直于B 【变式训练2】来自宇宙的质子流,以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点,则这些质子在进入地球周围的空间时,将(　　) A.竖直向下沿直线射向地面 B.相对于预定地点,稍向东偏转 C.相对于预定地点,稍向西偏转 D.相对于预定地点,稍向北偏转 核心素养专练 1.如图1.2-21,在OX、OY、OZ组成的直角坐标系中,电子沿着Y轴的正向运动,它产生的磁场在Z轴上A处的方向是(　　) 图1.2-21 A.-X方向 B.-Y方向 C.-Z方向 D.都不是 2.在长直通电螺线管中通入变化的电流i(如图1.2-22所示电流的方向周期性改变),并沿着其中心轴线OO'的方向射入一颗速度为v的电子,则此电子在螺线管内部空间运动的情况是(　　) 图1.2-22 A.匀速直线运动 B.来回往复运动 C.变速直线运动 D.曲线运动 3.如图1.2-23所示,在竖直绝缘的水平台上,一个带正电的小球以水平速度v0抛出,落在地面上的A点,若加一垂直纸面向里的匀强磁场,小球仍能落到地面上,则小球的落点(　　) 图1.2-23 A.仍在A点 B.在A点左侧 C.在A点右侧 D.无法确定 4. 图1.2-24 如图1.2-24所示,一个带电荷量为+q的小带电体处于垂直纸面向里的匀强磁场中,磁感应强度为B,若小带电体的质量为m,为了使它对水平绝缘面恰好无压力,应该(　　) A.使B的数值增大 B.使磁场以速率v=向上移动 C.使磁场以速率v=向右移动 D.使磁场以速率v=向左移动 5.一初速度为零的质子,经过电压为1 880 V的电场加速后,垂直进入磁感应强度为5.0×10-4 T的匀强磁场中。求质子受到的洛伦兹力的大小。(质子质量m=1.67×10-27 kg,g取10 m/s2) 参考答案 自主预习 一、1.(1)运动电荷　(2)微观 2.(1)正电荷　正电荷　相反 3.(1)qvBsin θ　(2)qvB　(3)0 二、1.偏转线圈 2.(1)发射高速电子　(2)偏转　 3.不断变化 4.偏转线圈 课堂探究 一、结论1:左手　正电荷运动　运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力 二、结论2:(1)qvB　(2)qvBsin θ　(3)0 三、(1)电子枪发射高速电子,电子束在磁场中偏转,荧光屏被电子束撞击发光　(2)由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成 【例题1】 例题分析:考查左手定则,对洛伦兹力方向的判断。 例题解答:根据左手定则,A中电荷所受洛伦兹力方向向下,正确;B中电荷所受洛伦兹力方向向下,错误;C中电荷运动方向与磁场方向平行,不受洛伦兹力,错误;D中电荷所受洛伦兹力方向垂直纸面向外,错误。 答案:A 【变式训练1】B 解析:由安培定则知,电流在其下方产生的磁场方向指向纸外,由左手定则,质子刚进入磁场时所受洛伦兹力方向向上,则质子的轨迹必定向上弯曲,C、D错误;由于洛伦兹力方向始终与电荷运动方向垂直,故其运动轨迹必定是曲线,B正确,A错误。 【例题2】 例题分析:本题考查公式F=qvB中各物理量的关系。 例题解答:由左手定则可知F⊥B,F⊥v,B与v可以不垂直,故B正确,A、C、D错误。 答案:B 【变式训练2】B 核心素养专练 1.A　2.A　3.C　4.D　5.4.8×10-17 N 学科网（北京）股份有限公司 $