25秋金牌学案物理选修二粤教版教师用书02　第一章　第三节　洛伦兹力.docxVIP

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第三节洛伦兹力

[学习目标]1．通过实验，认识洛伦兹力，会判断洛伦兹力的方向．2．经历由安培力公式推导出洛伦兹力公式的过程，进一步体会矢量分析的方法．3．认识电子束的磁偏转，体会物理知识与科学技术的关系．

知识点一洛伦兹力的方向

1．洛伦兹力

荷兰物理学家洛伦兹于1895年发表了磁场对运动电荷的作用力公式，人们称这种力为洛伦兹力．

2．洛伦兹力的方向判定——左手定则

伸开左手，使大拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿入手心，并使四指指向正电荷的运动方向，这时拇指所指的方向就是正电荷在该磁场中所受洛伦兹力的方向．

知识点二洛伦兹力的大小

1．当v与B成θ角时：F＝qvB_sin_θ．

2．当v⊥B时：F＝qvB．

3．当v∥B时：F＝0．

1．思考判断(正确的画“√”，错误的画“×”)

(1)电荷在磁场中一定受洛伦兹力． (×)

(2)洛伦兹力一定与电荷运动方向垂直． (√)

(3)电荷运动速度越大，它的洛伦兹力一定越大． (×)

(4)带电粒子在磁场中做圆周运动时，速度越大，半径越大． (√)

(5)带电粒子在磁场中做圆周运动时，速度越大，周期越大． (×)

2．如图所示，关于对带电粒子在匀强磁场中运动的方向描述正确的是()

ABCD

B[由左手定则判断知，B正确．]

3．两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，两粒子质量之比为1∶4，电荷量之比为1∶2，则两带电粒子受洛伦兹力之比为()

A．2∶1B．1∶1C．1∶2D．1∶4

C[带电粒子的速度方向与磁感线方向垂直时，洛伦兹力F＝qvB，与电量成正比，与质量无关，C正确．]

(1)如图乙所示是把阴极射线管放入磁场中的情形，电子束偏转方向是怎样的？如果把通有与电子运动方向相同的电流的导线放入该位置，则所受安培力的方向怎样？

(2)将磁铁的N极、S极交换位置，电子束有什么变化，说明了什么？

提示：(1)电子束向下偏转；通电导线受力向上．

(2)两极交换位置，电子束偏转的方向与原来相反，表明电子束受力方向与磁场方向有关．

考点1对洛伦兹力的理解

1．洛伦兹力方向的特点

(1)

(2)洛伦兹力的方向既与磁场方向垂直，又与电荷的运动方向垂直，即洛伦兹力垂直于v和B两者所决定的平面．

(3)F洛⊥v?洛伦兹力不做功

2．洛伦兹力与安培力的区别和联系

区别

联系

(1)洛伦兹力是指单个运动电荷所受到的磁场力，而安培力是指电流(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，而安培力可以做功

(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是导体中定向运动的电荷数)

(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

3．洛伦兹力与电场力的比较

项目

洛伦兹力

电场力

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不与B平行

电场中无论电荷处于何种状态F≠0

大小

F＝qvB(v⊥B)

F＝qE

方向

满足左手定则，F⊥B、F⊥v

正电荷受力方向与电场方向相同，负电荷受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

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

【典例1】[链接教材P16例题]如图所示，各图中匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均为v，所带电量均为q，试求出各图中带电粒子所受洛伦兹力的大小，并标出洛伦兹力的方向．

[思路点拨]用左手定则

[解析]甲：因为v与B垂直，所以F＝qvB，方向与v垂直斜向左上方，如图所示．

乙：v与B的夹角为30°，v取与B垂直的分量，则F＝qvBsin30°＝12qvB

丙：由于v与B平行，所以带电粒子不受洛伦兹力，图略．

丁：因为v与B垂直，所以F＝qvB，方向与v垂直斜向左上方，如图所示．

[答案]见解析

1．洛伦兹力方向与安培力方向一样，都根据左手定则判断，但应注意以下三点：

(1)洛伦兹力必垂直于v与B方向决定的平面．

(2)v与B不一定垂直，当不垂直时，磁感线不再垂直穿过手心，如典例1中乙图所示情况．

(3)当运动电荷带负电时，四指应指向其运动的反方向．

2．利用F＝qvBsinθ计算F的大小时，必须明确θ的意义及大小．

【教材原题P16例题】如图1-3-5所示，来自太阳和其他星体的宇宙射线含有大量高能带电粒子，幸好由于地磁场的存在而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，避免了其对地面上生命的危害．已知北京上空某处由南指向北