1.2磁场对运动电荷的作用力-2023-2024学年高二物理备课必备讲义(人教版)(原卷版).docxVIP

第一章安培力与洛伦兹力

第2节磁场对运动电荷的作用力

【科技前沿】

超导托卡马克装置(EAST)的原理非常简单，就是利用带电粒子在磁场中运动，受洛伦兹力来约束粒子。

【核心素养目标】

物理观念

知道什么是洛伦兹力，会用左手定则判断洛伦兹力的方向.

科学思维

掌握洛伦兹力公式的推导过程，会计算洛伦兹力的大小.

科学探究

知道电视显像管的基本原理及基本构造.

科学态度与责任

学会分析带电体在洛伦兹力作用下的运动．

知识点一洛伦兹力的方向

【情境导入】

如图所示，电子由阴极向阳极运动(向右运动)过程中向下发生了偏转，试问：

(1)什么力使电子偏转？该力的方向如何？

(2)电子运动轨迹附近的磁场方向如何？电子所受洛伦兹力与磁场方向、电子运动方向存在什么关系？

【知识梳理】

1．洛伦兹力

(1)定义：在磁场中受到的力．

(2)与安培力的关系：通电导线在磁场中受到的安培力是的宏观表现．

2．洛伦兹力的方向

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；让从掌心垂直进入，并使指向正电荷运动的方向，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．如图所示，负电荷受力的方向与正电荷受力的方向．

【重难诠释】

1．洛伦兹力的方向

(1)F、B、v三者方向间的关系

洛伦兹力的方向总是与电荷运动的方向及磁场方向垂直，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确定的平面．

说明：F、B、v三个量的方向关系是：F⊥B，F⊥v，但B与v不一定垂直，如图甲、乙所示．

(2)洛伦兹力方向的判断

在用左手定则判断运动的电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向时，对于正电荷，四指指向电荷的运动方向；但对于负电荷，四指应指向电荷运动的反方向．

2．洛伦兹力的特点

(1)洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化．但无论怎样变化，洛伦兹力都与运动方向垂直．

(2)洛伦兹力永不做功，它只改变电荷的运动方向，不改变电荷的速度大小．

【典例精析】

例1．雷雨天气会经常发生闪电击中建筑物的情况。假设发生闪电的云层带负电，则在闪电瞬间，在中国北方建筑物受到地磁场在水平方向的作用力方向是（）

??

A．向西 B．向南 C．向东 D．向北

【规律方法】

在磁场方向和洛伦兹力方向确定的情况下，正负电荷运动方向相反。

知识点二洛伦兹力的大小

【情境导入】

如图所示，匀强磁场的磁感应强度大小为B.设磁场中有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，单位体积内含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q且定向移动的速率都是v.

(1)导线中的电流是多少？导线在磁场中所受安培力多大？

(2)长为L的导线中含有的自由电荷数为多少？每个自由电荷所受洛伦兹力多大？

【知识梳理】

一般表达式：F＝qvBsinθ，θ为的夹角，如图．

(1)当v∥B，即θ＝0或180°时，F＝.

(2)当v⊥B，即θ＝90°时，F＝.

【重难诠释】

1．洛伦兹力与安培力的关系

分类

洛伦兹力

安培力

区别

单个运动的带电粒子所受到的磁场力

通电直导线所受到的磁场力

洛伦兹力不做功

安培力可以做功

联系

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本质；

②方向关系：洛伦兹力与安培力均可用左手定则进行判断

2.洛伦兹力的大小

洛伦兹力的大小：F＝qvBsinθ，θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角．

(1)当θ＝90°时，v⊥B，sinθ＝1，F＝qvB，即运动方向与磁场方向垂直时，洛伦兹力最大．

(2)当θ＝0时，v∥B，sinθ＝0，F＝0，即运动方向与磁场方向平行时，不受洛伦兹力．

【典例精析】

例2．如图所示，竖直平面内固定一足够长绝缘直杆，与水平面夹角为α。杆处在足够大的匀强磁场中，磁场方向垂直杆所在平面，磁场磁感应强度大小为B．杆上套一个带负电的环，环与绝缘直杆间的动摩擦因数为μ（μtanα）。将环由静止释放向下滑动，当环速度为v1时其加速度最大，当环速度为v2时其加速度为零，则为（）

??

A．tanα B． C． D．

【规律方法】

当粒子运动方向v与磁场B夹角为θ时，如图所示，此时将v分解为v∥和v⊥，其中v⊥＝vsinθ，则F＝qvBsinθ。

知识点三电子束的磁偏转

【知识梳理】

1．显像管的构造：如图所示，由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成．

2．显像管的原理

(1)电子枪发射．

(2)电子束在磁场中．

(3)荧光屏被电子束撞击时发光．

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，因此电子束打在荧光屏上的光点不断移动，这在显示技术中叫作．

【典例精析】