1.2 磁场对运动电荷的作用力 学案 -2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

该高中物理导学案围绕“磁场对运动电荷的作用力”展开，核心知识点包括洛伦兹力的定义、方向（左手定则）、大小计算、与安培力的关系及电视机显像管工作原理。通过生活提问（电视机显像管电子束偏转、极光现象）导入，衔接安培力是洛伦兹力宏观表现的前序知识，搭建从宏观到微观的认知支架。 该资料以情景导入激发兴趣，结合知识预习、要点提醒、当堂练习及讨论探究，形成完整学习链。例题设计注重科学推理（如左手定则应用、洛伦兹力与摩擦力平衡分析），显像管原理体现物理观念（运动和相互作用）与科学态度（科技应用），助力学生自主建构知识，提升核心素养。

1.2　　磁场对运动电荷的作用力 情景导入 生活提问：电视机显像管中的电子束为什么会偏转？绚丽多彩的极光为什么出现在两极附近？ 这些现象都与磁场对运动电荷的作用力有关——运动电荷在磁场中也会受到力的作用，这种力叫作洛伦兹力。本节课我们一起来认识洛伦兹力的方向和大小。 学习目标 1. 知道洛伦兹力的定义，会用左手定则判断洛伦兹力的方向。［重］ 2. 理解洛伦兹力大小的计算式，会计算洛伦兹力的大小。［重］ 3. 知道洛伦兹力与安培力的关系，知道洛伦兹力不做功。［难］ 4. 了解电视机显像管的工作原理。［难］ 知识点一　洛伦兹力及洛伦兹力的方向 知识预习 1. 洛伦兹力 定义：运动电荷在磁场中受到的力叫作洛伦兹力。通电导线在磁场中受到的安培力，实际是洛伦兹力的宏观表现。 2. 洛伦兹力的方向——左手定则 内容：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。若运动的是负电荷，则它所受洛伦兹力的方向与正电荷恰好相反。 特点：洛伦兹力的方向总跟电荷的速度方向垂直，也跟磁场方向垂直（即垂直于 B、v 所确定的平面）。 要点提醒 1. 洛伦兹力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于电荷的速度方向。 2. 用左手定则时，四指指向正电荷运动的方向；若是负电荷，则与四指指向相反。 当堂练习 判断题 1. 运动电荷在磁场中一定受到洛伦兹力。（　） 2. 洛伦兹力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于电荷的速度方向。（　） 3. 判断洛伦兹力方向时，负电荷的运动方向应与四指指向相反。（　） 答案1：×　2：√　3：√ 讨论探究 【例1】（单选）关于洛伦兹力，下列说法正确的是（　） A．运动电荷在磁场中一定受到洛伦兹力 B．洛伦兹力的方向总是与电荷的运动方向垂直 C．洛伦兹力的方向与电荷的运动方向相同 D．洛伦兹力可能对电荷做功 【答案】：B　解析：当电荷的运动方向与磁场方向平行时，电荷不受洛伦兹力，A错误；洛伦兹力的方向总与速度方向垂直，B正确、C错误；洛伦兹力永不做功，D错误。 【例2】（单选）一个带正电的粒子沿水平方向向右运动，垂直进入方向竖直向下的匀强磁场中，则粒子所受洛伦兹力的方向为（　） A．竖直向上　B．竖直向下　C．垂直纸面向里　D．垂直纸面向外 【答案】：C　解析：由左手定则，让磁感线（竖直向下）从掌心进入，四指指向粒子运动方向（向右），拇指即指向洛伦兹力方向，为垂直纸面向里，选项C正确。 知识点二　洛伦兹力的大小 知识预习 1.大小： （1）当 B 与 v 垂直时，； （2）当 v 与 B 成 θ 角时，（把 v 分解为平行 B 的分量 v∥ 和垂直 B 的分量 v⊥，平行分量不受力）； （3）当 v 与 B 平行时，F＝0。 2.对洛伦兹力的理解： （1）公式中的 v 是电荷相对于磁场的速率；速度大小或方向发生变化，洛伦兹力也随之变化。 （2）洛伦兹力永不做功——它只改变电荷速度的方向，不改变速度的大小。 （3）计算时要分清电荷的正负和速度的方向。 v 与 B 的关系 洛伦兹力的大小 v⊥B F＝qvB v 与 B 成 θ 角 F＝qvBsinθ v∥B F＝0 要点提醒 1. v 与 B 平行时洛伦兹力为零，垂直时洛伦兹力最大。 2. 洛伦兹力在任何情况下都不做功。 3.洛伦兹力与电场力的比较： 比较 洛伦兹力 电场力 概念 磁场对场中运动电荷的作用力 电场对放入其中的电荷的作用力 产生条件 v≠0 且 v 不与 B 平行 电荷在电场中一定受到电场力（无论运动与否） 大小 F＝qvB（v⊥B） F＝qE 方向 F 一定垂直于 B 和 v 所确定的平面，与电荷电性无关 正电荷受力与 E 同向，负电荷受力与 E 反向 做功情况 任何情况下都不做功 可能做正功、负功或不做功 作用效果 只改变速度的方向，不改变速度的大小 可改变速度的大小，也可改变速度的方向 当堂练习 判断题 1. 电荷的运动方向与磁场方向平行时，电荷不受洛伦兹力。（　） 2. 洛伦兹力对运动电荷一定做功。（　） 3. 当 v 与 B 垂直时，洛伦兹力的大小 F＝qvB。（　） 答案1：√　2：×　3：√ 讨论探究 【例3】（单选）一电荷量为 q 的带电粒子以速度 v 垂直射入磁感应强度为 B 的匀强磁场，则它所受洛伦兹力的大小为（　） A．qvB　B．qvBsinθ　C．0　D．qE 【答案】：A　解析：粒子速度与磁场垂直，洛伦兹力 F＝qvB，选项A正确。 【例4】一个带正电的小球沿竖直绝缘墙壁由静止开始下滑，磁场方向垂直纸面向外。小球的质量为 m、电荷量为 q，与墙面间的动摩擦因数为 μ。求小球沿墙下滑的最大速度。 【答案】小球下滑时，由左手定则可判断洛伦兹力方向水平指向墙面，使小球压紧墙面，洛伦兹力 F＝qvB，摩擦力 f＝μF＝μqvB。当 f＝mg 时小球速度最大，即 μqvB＝mg，解得 v＝mg/(μqB)。 知识点三　电视机显像管的工作原理 知识预习 1.构造：电视机显像管主要由电子枪、偏转线圈、荧光屏三部分组成。 2.原理：电子枪发射高速电子，电子经过偏转线圈（产生与电子运动方向垂直的磁场）时受到洛伦兹力而发生偏转，打在荧光屏上发光。要使电子束水平偏离中心打到 A 点，偏转磁场方向应垂直纸面向外；打到 B 点，偏转磁场方向应垂直纸面向里；电子束从 B 移到 A，偏转磁场由垂直纸面向里逐渐减小到零，再向外由零逐渐增大。 3.扫描：偏转线圈中通入大小、方向规律变化的电流，产生竖直和水平方向的偏转磁场，使电子束扫描；每秒 50次 ，由于视觉暂留，人眼看到的是全屏发光。 要点提醒 1. 显像管中电子束的偏转利用了洛伦兹力。 2. 电子带负电，判断偏转方向时要注意电荷的正负，四指应指向电子运动的相反方向。 当堂练习 判断题 1. 电视机显像管中电子束的偏转利用了洛伦兹力。（　） 2. 电视机显像管主要由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成。（　） 3. 显像管中电子束的偏转利用了电场力。（　） 答案1：√　2：√　3：× 讨论探究 【例5】（单选）关于电视机显像管，下列说法正确的是（　） A．电子束的偏转利用了电场力 B．电子束的偏转利用了洛伦兹力 C．偏转线圈产生的是电场 D．电子打在荧光屏上发光，与磁场无关 【答案】：B　解析：显像管中电子束经偏转线圈产生的磁场偏转，靠的是洛伦兹力，偏转线圈产生磁场而非电场，A、C错误、B正确；电子打在荧光屏上发光，正是在磁场中偏转后实现的，D错误。 速度选择器 (1) 原理：一束粒子（不计重力）射入正交的匀强电场 E 和匀强磁场 B，当粒子所受的洛伦兹力与电场力平衡，即 时，粒子沿直线匀速通过，此时 。 (2) 特点：（1）静电力与洛伦兹力方向相反；（2）粒子从左侧 S₁ 水平射入、从右侧 S₂ 水平射出；（3）只对速度有要求（v＝E/B），与粒子的质量、电荷量、电性均无关；（4）当 v＞E/B 时，粒子向洛伦兹力方向偏转，动能减小；当 v＜E/B 时，粒子向静电力方向偏转，动能增大。 要点提醒 1. 洛伦兹力的大小与速度有关，且永不做功；电场力与速度无关，可以做功。 2. 速度选择器只选择速度（v＝E/B），与粒子的质量、电荷量、电性无关。 当堂练习 讨论探究 【例6】（单选）某速度选择器中，匀强电场 E 的方向竖直向下，匀强磁场 B 的方向垂直纸面向里。一束粒子（不计重力）沿水平方向射入并沿直线匀速通过，则能通过的粒子的速度大小为（　） A．EB　B．E/B　C．B/E　D．√(EB) 【答案】：B　解析：粒子匀速通过时，洛伦兹力与电场力平衡，qvB＝qE，解得 v＝E/B，选项B正确。 【例7】（多选）关于洛伦兹力和电场力，下列说法正确的是（　） A．电荷在电场中一定受到电场力 B．运动电荷在磁场中一定受到洛伦兹力 C．洛伦兹力在任何情况下都不做功，电场力可能做功 D．洛伦兹力一定改变电荷速度的方向 【答案】：ACD　解析：电荷在电场中一定受电场力，A正确；当电荷运动方向与磁场平行时不受洛伦兹力，B错误；洛伦兹力永不做功而电场力可能做功，C正确；只要存在洛伦兹力，其方向就与速度垂直，必改变速度方向，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $