新教材同步系列2024春高中物理第1章磁場第3節(jié)洛倫茲力課件粵教版選擇性必修第二冊

第一章磁場第三節(jié)洛倫茲力學習任務1．通過實驗，認識洛倫茲力，會判斷洛倫茲力的方向。2．經(jīng)歷由安培力公式推導出洛倫茲力公式的過程，進一步體會矢量分析的方法。3．認識電子束的磁偏轉(zhuǎn)，體會物理知識與科學技術的關系。必備知識·自主預習儲備01[知識梳理]知識點一洛倫茲力的方向1．洛倫茲力荷蘭物理學家洛倫茲于1895年發(fā)表了磁場對________的作用力公式，人們稱這種力為洛倫茲力。2．洛倫茲力的方向判定——左手定則伸開左手，拇指與其余四指____，且都與手掌處于同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿過____，四指指向______運動的方向，那么____所指的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向。運動電荷垂直手心正電荷拇指知識點二洛倫茲力的大小(1)當v與B成θ角時：F＝_________．(2)當v⊥B時：F＝_____．(3)當v∥B時：F＝_．qvBsinθqvB0[基礎自測]1．思考判斷(正確的畫“√”，錯誤的畫“×”)(1)電荷在磁場中一定受洛倫茲力。 (

)(2)洛倫茲力一定與電荷運動方向垂直。 (

)(3)電荷運動速度越大，它的洛倫茲力一定越大。 (

)(4)帶電粒子在磁場中做圓周運動時，速度越大，半徑越大。 (

)(5)帶電粒子在磁場中做圓周運動時，速度越大，周期越大。 (

)×√×√×2．如圖所示，關于對帶電粒子在勻強磁場中運動的方向描述正確的是(

)A

B

C

DB

[由左手定則判斷知，B正確。]√3．兩個帶電粒子以相同的速度垂直磁感線方向進入同一勻強磁場，兩粒子質(zhì)量之比為1∶4，電荷量之比為1∶2，則兩帶電粒子受洛倫茲力之比為(

)A．2∶1

B．1∶1

C．1∶2

D．1∶4C

[帶電粒子的速度方向與磁感線方向垂直時，洛倫茲力F＝qvB，與電量成正比，與質(zhì)量無關，C正確。]√關鍵能力·情境探究達成02考點1對洛倫茲力的理解考點2洛倫茲力作用下帶電體的運動分析(1)如圖乙所示是把陰極射線管放入磁場中的情形，電子束偏轉(zhuǎn)方向是怎樣的？如果把通有與電子運動方向相同的電流的導線放入該位置，則所受安培力的方向怎樣？(2)將磁鐵的N極、S極交換位置，電子束有什么變化，說明了什么？提示：(1)電子束向下偏轉(zhuǎn)；通電導線受力向上。(2)兩極交換位置，電子束偏轉(zhuǎn)的方向與原來相反，表明電子束受力方向與磁場方向有關。

2．洛倫茲力與安培力的區(qū)別和聯(lián)系區(qū)別聯(lián)系①洛倫茲力是指單個運動電荷所受到的磁場力，而安培力是指電流(即大量定向移動的電荷)所受到的磁場力②洛倫茲力永不做功，而安培力可以做功①安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，洛倫茲力是安培力的微觀解釋②大小關系：F安＝NF洛(N是導體中定向運動的電荷數(shù))③方向關系：洛倫茲力與安培力的方向特點一致，均可用左手定則進行判斷3．洛倫茲力與電場力的比較項目洛倫茲力電場力性質(zhì)磁場對在其中運動的電荷的作用力電場對放入其中電荷的作用力產(chǎn)生條件v≠0且v不與B平行電場中無論電荷處于何種狀態(tài)F≠0大小F＝qvB(v⊥B)F＝qE方向滿足左手定則，F(xiàn)⊥B、F⊥v正電荷受力方向與電場方向相同，負電荷受力方向與電場方向相反項目洛倫茲力電場力做功情況任何情況下都不做功可能做正功、負功，也可能不做功作用效果只改變電荷運動的速度方向，不改變速度大小既可以改變電荷運動的速度大小，也可以改變電荷運動的方向【典例1】如圖所示，各圖中勻強磁場的磁感應強度均為B，帶電粒子的速率均為v，所帶電量均為q，試求出各圖中帶電粒子所受洛倫茲力的大小，并標出洛倫茲力的方向。

1．洛倫茲力方向與安培力方向一樣，都根據(jù)左手定則判斷，但應注意以下三點：(1)洛倫茲力必垂直于v、B方向決定的平面。(2)v與B不一定垂直，當不垂直時，磁感線不再垂直穿過手心，如典例1中乙圖所示情況。(3)當運動電荷帶負電時，四指應指向其運動的反方向。2．利用F＝qvBsinθ計算F的大小時，必須明確θ的意義及大小。

√C

[使電子束經(jīng)過磁場時不偏轉(zhuǎn)，垂直運動方向合力必須為零，又由左手定則判斷出電子所受洛倫茲力方向垂直于紙面向里，故所受電場力方向必須垂直于紙面向外，且與洛倫茲力等大，即qE＝qvB，故E＝vB；電子帶負電，所以電場方向垂直于紙面向里。故C正確。]考點2洛倫茲力作用下帶電體的運動分析1．帶電粒子在勻強磁場中做直線運動的兩種情景(1)速度方向與磁場平行，不受洛倫茲力作用，可做勻速直線運動，也可在其他力作用下做變速直線運動。(2)速度方向與磁場不平行，且洛倫茲力以外的各力均為恒力，若軌跡為直線，則必做勻速直線運動，帶電粒子所受洛倫茲力也為恒力。

【典例2】質(zhì)量為0.1g的小物塊，帶有5×10-4C的電量，放在傾角為30°的絕緣光滑斜面上，整個斜面置于0.5T的勻強磁場中，磁場方向如圖所示，物塊由靜止開始下滑，滑到某一位置時，物塊開始離開斜面(設斜面足夠長，g取10m/s2，結果保留三位有效數(shù)字)。問：(1)物塊帶電性質(zhì)如何？[解析]

由左手定則可知，物塊帶負電荷。[答案]

負電

解決帶電體在洛倫茲力作用下運動問題的基本思路(1)正確的受力分析，除重力、彈力、摩擦力外，要特別注意洛倫茲力的分析。(2)正確分析物體的運動狀態(tài)，找出物體的速度、位置及其變化特點，分析運動過程。(3)恰當靈活地運用力學中的定理、定律。學會把“電學”問題“力學”化。

√

學習效果·隨堂評估自測031．關于電荷在磁場中的受力，下列說法正確的是(

)A．靜止的電荷一定不受洛倫茲力的作用，運動電荷一定受洛倫茲力的作用B．洛倫茲力的方向有可能與磁場方向平行C．洛倫茲力的方向一定與帶電粒子的運動方向垂直D．帶電粒子運動方向與磁場方向平行時，可能受洛倫茲力的作用1234√C

[由f＝qvBsinθ，當B∥v時，f＝0；當v＝0時，f＝0，故A、D錯誤；由左手定則知，f一定垂直于B且垂直于v，故B錯誤，C正確。]2．如圖所示是陰極射線管示意圖。接通電源后，電子射線由陰極沿x軸方向射出。在熒光屏上會看到一條亮線。要使熒光屏上的亮線向下(z軸負方向)偏轉(zhuǎn)，在下列措施中可采用的是(

)A．加一磁場，磁場方向沿z軸負方向B．加一磁場，磁場方向沿y軸正方向C．加一電場，電場方向沿z軸負方向D．加一電場，電場方向沿y軸正方向1234√B

[根據(jù)左手定則可知，A所述情況，電子受力沿y軸負向，A錯誤；B所述情況，電子受洛倫茲力沿z軸負方向，B正確；根據(jù)負電荷受電場力方向與電場方向相反，C所述電場會使電子向z軸正方向偏轉(zhuǎn)，C錯誤；D所述電場使電子向y軸負方向偏轉(zhuǎn)，D錯誤。]12343．初速度為v0的電子，沿平行于通電長直導線的方向射出，直導線中電流方向與電子的初始運動方向如圖所示，則(

)A．電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率不變B．電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率改變C．電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率不變D．電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率改變A

[由右手定則判定直線電流右側(cè)磁場的方向垂直紙面向里，再根據(jù)左手定則判定電子所受洛倫茲力向右，由于洛倫茲力不做功，故電子動能不變，電子的速度大小不變，僅速度方向改變，故A正確。]1234√4．如圖所示，a為帶正電的小物塊，b是一不帶電的絕緣物塊(設a、b間無電荷轉(zhuǎn)移)，a、b疊放于粗糙的水平地面上，地面上方有垂直于紙面向里的勻強磁場。現(xiàn)用水平恒力F拉b物塊，使a、b一起無相對滑動地向左做加速運動，則在加速運動階段(

)A．a(chǎn)對b的壓力不變B．a(chǎn)對b的壓力變大C．a(chǎn)、b物塊間的摩擦力變大D．a(chǎn)、b物塊間的摩擦力不變1234√B

[a、b整體受重力、拉力F、向下的洛倫茲力qvB、地面的支持力FN和摩擦力Ff，豎直方向有FN＝(ma＋mb)g＋qvB，水平方向有F－Ff＝(ma＋mb)a，F(xiàn)f＝μFN。在加速階段，v增大，F(xiàn)N增大，F(xiàn)f增大，加速度a減小。對a受力分析，a受重力mag、向下的洛倫茲力qvB、b對a向上的支持力FN′、b對a向左的靜摩擦力Ff′，豎直方向：FN′＝mag＋qvB，水平方向：Ff′＝maa，隨著v的增大，F(xiàn)N′增大，故A錯誤，B正確；加速度a在減小，所以a、b物塊間的摩擦力變小，故C、D錯誤。]1234回歸本節(jié)內(nèi)容，自我完成以下問題：1．洛倫茲力與安培力什么關系？提示：安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。2．洛倫茲力的方向如何判斷？提示：伸開左手，使大拇指與其余四指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿入手心，并使四指指向正電荷的運動方向，這時拇指所指的方向就是正電荷在該磁場中所受洛倫茲力的方向。3．洛倫茲力為什么不做功？提示：根據(jù)左手定則知洛倫茲力與速度的方向始終垂直，故永不做功。閱讀材料·拓展物理視野04正電子的發(fā)現(xiàn)在粒子物理研究中，帶電粒子在云室等探測裝置中的徑跡是非常重要的實驗證據(jù)。根據(jù)對不同粒子徑跡的分析和比較，科學家可以得到粒子的帶電情況、運動情況等許多信息，甚至可以發(fā)現(xiàn)新粒子。1930年，英國物理學家狄拉克從理論上預言了電子的反粒子的存在，這個反粒子就是正電子。正電子與電子質(zhì)量相同，但是帶等量的正電荷，也可以說，它是帶正電荷的電子。1932年，美國物理學家安德森在宇宙線實驗中發(fā)現(xiàn)了正電子。他利用放在強磁場中的云室來記錄宇宙線粒子，并在云室中加入一塊厚6mm的鉛板，借以減慢粒子的速度。當宇宙線粒子通過云室內(nèi)的強磁場時，拍下粒子徑跡的照片，如圖所示。由于所加鉛板降低了粒子的運動速度，粒子在磁場中偏轉(zhuǎn)的軌道半徑就會變小，所以根據(jù)鉛板上下粒子徑跡的偏轉(zhuǎn)情況，可以判定粒子的運動方向(圖中的粒子是由下向上運動的)。這個粒子的徑跡與電子的徑跡十分相似，只是偏轉(zhuǎn)方向相反。由此，安德森發(fā)現(xiàn)了正電子，并由于這一發(fā)現(xiàn)，獲得了1936年的諾貝爾物理學獎。在安德森這一發(fā)現(xiàn)之前不久，約里奧—居里夫婦也在云室照片中發(fā)現(xiàn)了與電子偏轉(zhuǎn)方向相反的粒子徑跡。如果他們意識到這個粒子所帶電荷與電子相反，就會把研究工作引向正電子的發(fā)現(xiàn)。但遺憾的是，他