第1章 2 磁场对运动电荷的作用力(PPT课件)-【满分思维】2026-2027学年高中物理选择性必修第二册配套课件（人教版）

2 磁场对运动电荷的作用力 1 学习任务一 洛伦兹力的方向 学习任务二 洛伦兹力的大小 学习任务三 电子束的磁偏转 学习任务四 带电体在洛伦兹力作用下的运动 随堂巩固 ◆ ◆ 新课探究 课后习题 2 学习任务一 洛伦兹力的方向 ［教材链接］ 阅读教材,完成下列填空. 1.洛伦兹力：__________在______中受到的力. 运动电荷 磁场 2.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______垂直进入，并使______指向________运动的方向， 这时______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. 垂直 掌心 四指 正电荷 拇指 学习任务一 3 说明：①对于负电荷，四指指向电荷运动的反方向. ②洛伦兹力的方向总是与电荷运动的方向和磁场方向垂直，即洛伦兹力 的方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁场方向所决定的平面. 、、三个量的方向关系是：，，但与 不一定垂直， 如图甲、乙所示. ③洛伦兹力不做功，它只改变电荷的运动方向，不改变电荷的速度大小. 学习任务一 4 【辨别明理】 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.( ) × 学习任务一 5 例1 [2026·天津河西区高二期末] 匀强磁场中，带电粒子的速度为 、所受洛伦 兹力为 ，则下列图中正确的是( ) A. B. C. D. [解析] 由左手定则可知，A图中垂直纸面向外；B图中向上；C图中 ； D图中 向下.故选B. √ 学习任务一 6 变式 [2026·湖北鄂东南高二期中] 如图所示， 在阴极射线管正下方平行放置一根通有足够强 电流的长直导线，且导线中电流方向水平向右， 则阴极射线将会( ) A.向上偏转 B.向下偏转 C.向纸内偏转 D.向纸外偏转 [解析] 根据安培定则可知，通电长直导线在阴极射线管处产生的磁场方向垂直 于纸面向外，由图可知电子束运动方向由右向左，根据左手定则可知电子束受 到的洛伦兹力方向向下，所以向下偏转，故B正确. √ 学习任务一 7 【要点总结】 1.洛伦兹力的方向总是与电荷运动的方向和磁场的方向垂直，即洛伦兹力的方 向总是垂直于运动电荷的速度方向和磁场方向确定的平面.、、 三个量的方 向关系是：，，但与 不一定垂直. 2.用左手定则判定负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力方向时，应注意将四指 指向负电荷运动的反方向. 学习任务一 8 学习任务二 洛伦兹力的大小 ［教材链接］ 阅读教材,完成下列填空. 洛伦兹力的大小: , 为电荷的运动方向与磁场方向的夹角. (1) 当， _____，即电荷运动方向与磁场垂直时，所受洛伦兹力最大. (2) 当， ___，即电荷运动方向与磁场平行时，不受洛伦兹力. 0 学习任务二 9 ［科学推理］ 安培力是洛伦兹力的宏观表现,一段静止在磁场中的通电导线受到的安培力等于 该段导线内所有电荷定向移动时受到的洛伦兹力的矢量和. (1) 如图所示，设有一段长度为的通电导线垂直放入磁感应强度为 的匀强磁 场中，若导线中的电流为 ,则该导线所受的安培力的大小为____. (2) 设导线的横截面积为，单位体积内的自由电荷数为 ，每个自由电荷的电 荷量为,定向移动的速度都是 ，根据电流的定义式推导电流的表达式. [答案] 时间内通过横截面的电荷量 ，则电 流 . 学习任务二 10 (3) 根据 推导每个电荷受到的洛伦兹力的大小,并说明推导结果的适用 条件. [答案] 这段导线中自由电荷的总数为, ,所 以洛伦兹力的表达式为 .这一结果仅适用于导线与磁场垂直的情况，即 电荷的运动方向与磁场垂直. 学习任务二 11 例2 如图所示，各图中的匀强磁场的磁感应强度均为，带电粒子的速度均用 表示，带电荷量大小均为 .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) [答案] 方向垂直于 指向左上方 [解析] 因为，所以，方向垂直于 指向左上方. 学习任务二 12 (2) [答案] 方向垂直于纸面向里 [解析] 与的夹角为 ，将 分解成垂直于磁场的分量和平行于磁场的分量， 由于 ，故 ，方向垂直于纸面向里. 学习任务二 13 (3) [答案] 零 [解析] 由于与 平行，所以不受洛伦兹力. (4) [答案] 方向垂直于 指向左上方 [解析] 因为与垂直，所以，方向垂直于 指向左上方. 学习任务二 14 例3 [2025·陕西西安高二期末] 如图所示，来自太阳和其他 星体的宇宙射线含有大量带电粒子，幸好由于地磁场的存 在改变了这些带电粒子的运动方向，使很多带电粒子不能 到达地面，避免了其对地面生命的危害.已知某处由南指向 北的地磁场的磁感应强度大小约为 ，如果有一 A.，方向向东 B. ，方向向西 C.，方向向北 D. ，方向向南 [解析] 该正电荷受到的洛伦兹力大小为 ，根据左手 定则可知，洛伦兹力方向向东.故选A. 速率、电荷量为 的正电荷竖直向下运动穿过此 处的地磁场，则该正电荷在此处受到的洛伦兹力约为( ) √ 学习任务二 15 例4 [2025·重庆一中高二月考] 如图所示，在磁感应强度大小为 、方向垂直纸 面向里的匀强磁场中，一带电荷量为的滑块自 点由静止沿光滑绝缘轨 道滑下，下降高度为时到达点.不计空气阻力，重力加速度为 ，则( ) A.滑块在 点受重力、支持力和洛伦兹力作用 B.该过程中，洛伦兹力做正功 C.该过程中，滑块的机械能增大 D.滑块在点受到的洛伦兹力大小为 √ 学习任务二 16 [解析] 滑块自点由静止沿轨道滑下，在 点不受洛伦兹力作用，故A错误；滑 块自点运动到 点的过程中，洛伦兹力不做功，支持力不做功，只有重力做功， 所以滑块机械能守恒，有，解得，故滑块在 点受到的 洛伦兹力为 ，故B、C错误，D正确. 学习任务二 17 【要点总结】 1.洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力,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宏观表现. 2.由于洛伦兹力的方向始终垂直于运动电荷的速度方向,所以洛伦兹力只改变速度 的方向,不改变速度的大小.洛伦兹力对运动电荷不做功,但安培力可以对导体做功. 学习任务二 18 学习任务三 电子束的磁偏转 ［教材链接］ 阅读教材,完成下列填空. 1.显像管主要由________、__________和________三部分组成. 2.原理：电子显像管应用了电子束________的原理. 电子枪 偏转线圈 荧光屏 磁偏转 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，电视机中的显像管每秒要进行____场扫描. 不断变化 50 学习任务三 19 ［科学探究］ 如图所示为电视机显像管原理示意图.没有磁场时,电子束打在荧光屏正中的 点. 为使电子束偏转，由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场. (1) 要使电子束偏离中心，打在荧光屏上 的 点，偏转磁场应该沿_______________ ___的方向. 垂直于纸面向外 (2) 要使电子束打在 点，偏转磁场应该沿________________的方向. (3) 要使电子束打在荧光屏上的位置由点逐渐向 点移动，偏转磁场应该_____ _______________________________________________. 垂直于纸面向里 先垂 直于纸面向里逐渐减小，后垂直于纸面向外逐渐增大 学习任务三 20 例5 [2026·山东菏泽一中高二月考] 如图所示是显像管的原理示意图，图中虚线 框区域中有垂直于纸面的磁场，该磁场会使电子枪射出的速率相同的高速电子 束发生偏转，最后电子打在荧光屏上，电子重力忽略不计.下列说法正确的是 ( ) A.磁场对电子的磁场力对电子做正功或负功 B.电子经过偏转磁场时，做类平抛运动 C.电子打到荧光屏上不同位置的速度大小相等 D.若电子束打在 点，则偏转磁场垂直纸面向外 √ 学习任务三 21 [解析] 磁场的洛伦兹力对电子不做功，电子打到荧光屏上不同位置的速度大小 相等，故A错误，C正确；电子经过偏转磁场时，洛伦兹力始终与速度垂直，方 向一直在变，电子不做类平抛运动，故B错误；电子带负电，根据左手定则， 偏转磁场垂直纸面向里，故D错误. 学习任务三 22 【要点总结】 磁偏转：带电粒子在磁场中受到洛伦兹力的作用时，由于洛伦兹力与运动电荷 的速度垂直，会不断改变电荷的运动方向，因此可以利用磁场控制带电粒子的 运动方向.把利用磁场改变带电粒子运动方向的现象称为磁偏转. 学习任务三 23 学习任务四 带电体在洛伦兹力作用下的运动 ［科学思维］ 1.带电体在匀强磁场中速度变化时洛伦兹力的大小往往随之变化，并进一步导 致弹力、摩擦力的变化，带电体将在变力作用下做变加速运动. 2.利用牛顿运动定律和平衡条件分析各物理量的动态变化时要注意弹力为零的 临界状态，此状态是弹力方向发生改变的转折点. 学习任务四 24 例6 (多选)如图所示为一个质量为、带电荷量为 的圆环，可在水平放置的 足够长的粗糙细杆上滑动，细杆处于磁感应强度为 的匀强磁场中，不计空气 阻力，现给圆环向右的初速度 ，在以后的运动过程中，圆环运动的速度—时 间图像可能是下列选项中的( ) A. B. C. D. √ √ 学习任务四 25 [解析] 带电圆环在磁场中受到向上的洛伦兹力，当重力与洛伦兹力大小相等时， 圆环将做匀速直线运动，A正确；当洛伦兹力大于重力时，圆环受到摩擦力的 作用，并且随着速度的减小而减小，圆环将做加速度逐渐减小的减速运动，最 后做匀速直线运动，D正确；如果重力大于洛伦兹力，圆环也受摩擦力作用， 且摩擦力越来越大，圆环将做加速度逐渐增大的减速运动，故B、C错误. 学习任务四 26 课后习题 27 知识点一 洛伦兹力的方向 1.下列各图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向垂直于纸面向里 的是( ) A. B. C. D. √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 28 [解析] 根据左手定则可以判断，A图中的带电粒子所受的洛伦兹力方向向下，B 图中的带电粒子所受的洛伦兹力方向向上，C图中的带电粒子所受的洛伦兹力 方向垂直于纸面向外，D图中的带电粒子所受的洛伦兹力方向垂直于纸面向里， 故D正确. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 29 2.[2025·安徽合肥高二期末] 如图所示，在一通有恒定电流的长直导线的右侧， 有一带正电的粒子以初速度 沿平行于导线的方向射出.粒子重力及空气阻力均 忽略不计，现用虚线表示粒子的运动轨迹，则下列选项中可能正确的是( ) A. B. C. D. [解析] 长直导线通有恒定电流，电流方向向上，在长直导线右侧，磁场方向垂 直纸面向里；根据左手定则可知粒子所受洛伦兹力方向向左，粒子会向靠近导 线的方向偏转.故选A. √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 30 知识点二 洛伦兹力的大小 3.[2026·江苏连云港高二期中] 如图所示，电子的电荷量为 ，以速率沿着与磁场垂直的方向射入磁感应强度为 的 匀强磁场中，则电子受到的洛伦兹力大小为( ) A. B. C. D.0 [解析] 图中电子运动方向与磁场方向垂直，受到的洛伦兹 力，电子的电荷量为，所以电子受到的洛伦兹力大小为 ，故选A. √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 31 4.两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，两带电粒子 质量之比为，电荷量之比为 ，则刚进入磁场时两带电粒子所受洛伦兹力 之比为( ) A. B. C. D. [解析] 带电粒子的速度方向与磁感线方向垂直时，洛伦兹力为，在 、 相同时，与电荷量成正比，与质量无关，所以洛伦兹力之比为 ，C正确. √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 32 知识点三 粒子束的磁偏转 5.如图所示为电视机显像管偏转线圈的示意图，当线圈中通以 图示方向的直流电流时，形成的磁场如图所示，一束沿着管径 轴线射向纸内的电子将( ) A.向上偏转 B.向下偏转 C.向左偏转 D.向右偏转 [解析] 在管径轴线处，磁场的方向竖直向下，电子垂直于纸面 向里运动，根据左手定则可判断,电子将向右偏转，选项D正确. √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 33 6.[2026·江西赣州中学高二月考] 阴极射线管中电子束由阴极沿 轴正方向射出， 在荧光屏上出现一条亮线(如图)，要使该亮线向 轴正方向偏转，可加上( ) A.轴正方向的磁场 B. 轴负方向的磁场 C.轴正方向的磁场 D. 轴负方向的磁场 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 34 [解析] 若加一沿轴正方向的磁场，根据左手定则，电子所受洛伦兹力方向沿 轴正方向，亮线向轴正方向偏转，故A错误；若加一沿 轴负方向的磁场，根 据左手定则，电子所受洛伦兹力方向沿轴负方向，亮线向 轴负方向偏转，故 B错误；若加一沿 轴正方向的磁场，根据左手定则，电子所受洛伦兹力方向沿 轴负方向，亮线向轴负方向偏转，故C错误；若加一沿 轴负方向的磁场，根 据左手定则，电子所受洛伦兹力方向沿轴正方向，亮线向 轴正方向偏转，故 D正确. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 35 知识点四 带电体在洛伦兹力作用下的运动 7.(多选)[2025·西北师范大学附属中学高二月考] 如图所示，在垂直于纸面向外 的匀强磁场中，一质量为、电荷量为 的带电滑块从光滑斜面的顶端 由静止释放，滑至底端时恰好不受弹力，已知磁感应强度的大小为 ，斜面的 倾角为 ，重力加速度为 ，下列说法正确的是( ) A.滑块滑至底端时的速率为 B.滑块滑至底端时的速率为 C.滑块经过斜面中点时的速率为 D.滑块经过斜面中点时的速率为 √ √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 36 [解析] 由题意可知，带电滑块从光滑斜面的顶端由静止释放，滑至底端时恰好 不受弹力，可知此时滑块受到的洛伦兹力与重力沿垂直斜面方向的分力大小相 等，可得，则 ，A正确，B错误；由题意可知，带电 滑块在斜面做初速度为零的匀加速直线运动，由匀变速直线运动的推论 可知，滑块经过斜面中点时的速率为 ，C正确，D错误. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 37 8.[2026·天津一中高二月考] 匀强磁场的磁感应强度大小为 ，方向如图所示， 带电粒子(电性已在图中标出)的速率为，带电荷量为 ，则关于带电粒子所受 洛伦兹力的大小和方向，下列说法正确的是( ) A.图甲中，，方向垂直于 斜向下 B.图乙中，，方向垂直于 斜向上 C.图丙中， ，方向垂直于纸面向里 D.图丁中， ，方向垂直于纸面向里 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 38 [解析] 图甲中，根据左手定则可知洛伦兹力方向应该垂直于 斜向上，大小为 ，故A错误；图乙中，粒子带负电荷，根据左手定则可知其受力方向 应垂直于斜向上，大小为 ，故B正确；图丙中，粒子速度方向与磁场 方向平行，不受洛伦兹力，故C错误；图丁中，将速度沿水平方向和竖直方向 分解，则根据竖直分速度计算洛伦兹力，洛伦兹力大小为 ，根据左手定则可知洛伦兹力方向垂直于纸面向里， 故D错误. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 39 9.如图所示，在赤道处，将一小球向东水平抛出，落地点为 ，给小球带上电荷 后，仍以原来的速度抛出，考虑地磁场的影响，下列说法正确的是( ) A.无论小球带何种电荷，小球落地时的速度大小都不变 B.无论小球带何种电荷，小球在运动过程中机械能都不守恒 C.若小球带负电荷，则小球会落在 点的右侧 D.若小球带正电荷，则小球仍会落在 点 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 40 [解析] 无论小球带何种电荷，小球在磁场中运动时受到的洛伦兹力方向都与速 度垂直，所以洛伦兹力不做功，只有重力做功，机械能守恒，则落地时的速度 的大小不变，选项A正确，B错误；若小球带负电荷，根据左手定则可知小球受 到斜向左下方的洛伦兹力，这样小球偏折程度更大，会落在 点的左侧，选项C 错误；若小球带正电荷，根据左手定则可知小球受到斜向右上方的洛伦兹力， 这样小球会飞得更远，落在 点的右侧，选项D错误. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 41 10.(多选)[2026·湖北孝感高级中学高二月考] 一种用磁流 体发电的装置如图，平行金属板、 之间有很强的磁场， 将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负 A.板为电源正极 B. 板为电源正极 C.这个发电机的电动势为 D.电阻两端的电压为 带电粒子)喷入磁场，、两板间便产生电压.如果把、和电阻连接，、 就是一个直流电源的两个电极.已知、两板相距为 ，板间的磁场按匀强磁场 处理，磁感应强度为，等离子体以速度沿垂直于 的方向射入磁场，下列说 法正确的是( ) √ √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 42 [解析] 根据左手定则可得正离子偏向下金属板偏，负离子偏向上金属板 偏， 所以可得板为电源正极，故A错误，B正确；设系统稳定后电源电动势为 ， 此时射入其中的离子受到的电场力和洛伦兹力平衡，有 ，解得 ，故C正确；由图可知，电阻 两端的电压为电路中的路端电压，则电 阻两端的电压小于电动势 ，故D错误. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 43 11.(多选)[2025·浙江慈溪中学高二月考] 如图所示，粗糙木板 竖直固定在方 向垂直纸面向里的匀强磁场中.时，一个质量为、电荷量为 的带正电物 块沿以某一初速度竖直向下滑动，则物块运动的 图像可能是( ) A. B. C. D. √ √ √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 44 [解析] 设初速度为，则，若满足，即 ， 物块向下做匀速运动，故A正确；若 ，则物块开始有向下的加速度， 由 可知，随着速度增大，加速度减小，即物块先做加速度减小的加 速运动，最后达到匀速状态，故D正确，B错误；若 ，则物块开始 有向上的加速度，物块做减速运动，由 可知，随着速度减 小，加速度减小，即物块先做加速度减小的减速运动，最后达到匀速 状态，故C正确. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 45 $