資源簡介

(共70張PPT)
第一章　安培力與洛倫茲力
2.磁場對運動電荷的作用力
核心素養：
1. 知道什么是洛倫茲力，知道洛倫茲力的方向與運動電荷及磁感應強度方向的關系. （物理觀念）
2. 會用左手定則判斷洛倫茲力的方向，掌握洛倫茲力公式的推導過程，會計算洛倫 茲力的大小.（科學思維）
3. 結合演示實驗，觀察電子束在磁場中的偏轉.（科學探究）
4. 演示實驗能夠讓學生確信洛倫茲力的存在，激發其好奇心和求知欲，并由此樹立 從事科學研究的人生志向.（科學態度與責任）
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研習任務一　洛倫茲力的方向
合作　討論
如圖所示，電子由陰極向陽極運動（向右運動）
過程中向下發生了偏轉，試問：
（1）什么力使電子偏轉？該力的方向如何？
提示：（1）電子在磁場中運動要受到洛倫茲力，是洛倫茲力使電子運動方向發生偏 轉，力的方向向下.
（2）電子運動軌跡附近的磁場方向如何？電子所受洛倫茲力與磁場方向、電子運動 方向存在什么關系？
提示：（2）電子運動軌跡附近的磁場方向由N極指向S極，電子所受洛倫茲力方向與 磁場方向以及電子運動方向垂直，我們可以用左手定則來判斷.
教材　認知
1. 洛倫茲力
（1）定義： 在磁場中受到的力稱為洛倫茲力.
（2）與安培力的關系：通電導線在磁場中所受的安培力是 的宏觀表現.
2. 洛倫茲力方向的判斷——左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并 且都與手掌在同一個平面內；讓磁感線從掌心垂直進入，并使 指向正電荷運 動的方向，這時拇指所指的方向就是運動的 在磁場中所受洛倫茲力的方 向.負電荷受力的方向與正電荷受力的方向 .
運動電荷　
洛倫茲力　
四指　
正電荷　
相反　
要點　歸納
1. 決定洛倫茲力方向的三個因素：電荷的正負、電荷運動的方向、磁感應強度 的方向.
2. 洛倫茲力方向的特點：洛倫茲力的方向總是與電荷運動的方向和磁場方向垂直， 即洛倫茲力的方向總是垂直于運動電荷速度方向和磁場方向確定的平面.即F、B、v 三個量的方向關系是：F⊥B，F⊥v，但B與v不一定垂直，即F垂直v和B決定的平面， 如圖所示.
3. 負電荷所受洛倫茲力：用左手定則判定負電荷在磁場中運動所受的洛倫茲力時， 應注意將四指指向負電荷運動的反方向.
研習　經典
解析：根據左手定則可以判斷，選項A中的帶電粒子所受的洛倫茲力方向向下；選項 B中的帶電粒子所受的洛倫茲力方向向上；選項C中的帶電粒子所受的洛倫茲力方向 垂直紙面向外；選項D中的帶電粒子所受的洛倫茲力方向垂直于紙面向里，D正確.
D
名師點評
　　判斷運動電荷所受的洛倫茲力方向時使用左手定則.解題時，要明確所帶電荷的 電性與四指指向的關系.對于正電荷，四指指向電荷的運動方向；但對于負電荷，四 指應指向電荷運動的反方向.
對應　訓練
A. z軸正方向的磁場
B. y軸負方向的磁場
C. x軸正方向的磁場
D. y軸正方向的磁場
解析：電子帶負電，且由陰極向陽極運動，要想受力沿z軸正向，根據左手定則，四 指指向x軸負向，大拇指指向z軸正向，則手心朝向y軸正向，磁場穿過手心，可知需 加y軸負方向的磁場，故B正確.
B
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研習任務二　洛倫茲力的大小
合作　討論
如圖所示，勻強磁場的磁感應強度大小為B. 設磁場中有一段長度為L的通電導線，橫 截面積為S，單位體積中含有的自由電荷數為n，每個自由電荷的電荷量為q且定向移 動的速率都是v.
（1）導線中的電流是多少？導線在磁場中所受安培力多大？
提示：（1）根據電流的微觀決定式，導線中的電流I＝nqSv；
由安培力公式F＝BIL，得導線在磁場中所受安培力F安＝BLnqSv.
（2）長為L的導線中含有的自由電荷數為多少？每個自由電荷所受洛倫茲力多大？
教材　認知
1. 洛倫茲力的大小：電荷量為q的粒子以速度v運動時，如果速度方向與磁感應強度B 的方向 ，那么粒子受到的洛倫茲力為F＝ .
2. 一般表達式：電荷運動的方向與磁場的方向夾角為θ 時，電荷所受的洛倫茲力為F ＝ .
垂直　
qvB　
qvBsin θ　
要點　歸納
1. 洛倫茲力與安培力的關系
（1）安培力是導體中所有定向移動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現，而洛倫 茲力是安培力的微觀本質.
（2）洛倫茲力對電荷永遠不做功，但安培力可以對導體做功.
2. 洛倫茲力的大小：F＝qvBsin θ，θ為電荷運動的方向與磁感應強度方向的夾角.
（1）當θ＝90°時，v⊥B，F＝qvB，即運動方向與磁場方向垂直時，洛倫茲力最大.
（2）當θ＝0°時，v∥B，F＝0，即運動方向與磁場方向平行時，不受洛倫茲力.
3. 洛倫茲力和電場力的比較
比較項目 洛倫茲力 電場力
性質 磁場對在其中運動的電荷的作 用力 電場對放入其中的電荷的作用力
產生條件 v≠0且v不與B平行 無條件限制，電場中的電荷一定受 到電場力作用
大小 F＝qvB（v⊥B） F＝qE
比較項目 洛倫茲力 電場力
力的方向與場 方向的關系 一定是F⊥B，F⊥v 正電荷所受電場力的方向與電場方 向相同，負電荷所受電場力的方向 與電場方向相反
做功情況 任何情況下都不做功 可能做正功、負功或不做功
力F為零時場 的情況 F為零，B不一定為零 F為零，E一定為零
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
研習　經典
[典例2]　如圖所示，各圖中的勻強磁場的磁感應強度均為B，帶電粒子的速率均 為v，帶電荷量均為q.試求出圖中帶電粒子所受洛倫茲力的大小，并指出洛倫茲 力的方向.
解析：（1）因v⊥B，所以F＝qvB，由左手定則可知洛倫茲力方向垂直紙面向外.
（3）0
解析：（3）由于v與B平行，所以不受洛倫茲力.
（4）qvB　垂直v指向左上方
解析：（4）v與B垂直，F＝qvB，方向垂直v指向左上方.
答案：（1）qvB　垂直紙面向外
名師點評
　　空間思維是解此類題目的關鍵，學會從不同的角度看v與B的關系，在洛倫茲力的 表達式F＝qvBsin θ中，θ是v與B的夾角.我們可以理解為F＝qB·vsin θ，其中vsin θ是速 度在垂直磁場方向上的分量；也可以理解為F＝qv·Bsin θ，其中Bsin θ是B在垂直v方向 上的分量.所以要理解其物理意義，不要死記硬背.
對應　訓練
A. 2∶1 B. 1∶1 C. 1∶2 D. 1∶4
解析：帶電粒子的速度方向與磁感線方向垂直時，洛倫茲力F＝qvB與電荷量成正 比，與質量無關，C項正確.
C
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研習任務三　帶電體在洛倫茲力作用下的運動
合作　討論
太陽風暴爆發時會噴射大量的高能帶電粒子流和等離子體，釋放的物質和能量到達近 地空間，可引起地球磁層、電離層、中高層大氣等地球空間環境強烈擾動，從而影響 人類活動.根據以上情景，試討論：
（1）地球周圍存在著地磁場，帶電粒子進入地磁場后會受到洛倫茲力的作用，它對 帶電粒子運動的速度有何影響？
提示：（1）由于洛倫茲力方向和速度方向始終垂直，所以洛倫茲力只改變速度的方 向，不改變速度的大小.
（2）洛倫茲力對進入地磁場中的帶電粒子做功嗎？
提示：（2）由于洛倫茲力和速度方向始終垂直，所以洛倫茲力對帶電粒子不做功， 帶電粒子的動能不變.
教材　認知
1. 構造：電視顯像管主要由電子槍、偏轉線圈和熒光屏三部分組成.
2. 原理
（1）電子槍發射 .
（2）電子束在磁場中 .
（3）熒光屏被電子束撞擊時發光.
高速電子　
偏轉　
不斷
變化　
50　
要點　歸納
1. 洛倫茲力公式F＝qvB中，v是電荷相對磁場的速率.
2. 洛倫茲力和重力、彈力、摩擦力一樣是一個普通的力，它的大小和方向都有一定 的規則，明白了規則它就是一個簡單的力了.
3. 分析帶電體在磁場中的運動，分析方法與力學中完全相同：對物體進行受力分 析，求合力，用牛頓第二定律、運動學公式或動能定理列方程求解.
研習　經典
C
A. 電子經過磁場時速度增大
B. 欲使電子束打在熒光屏上的A點，偏轉磁場的方向應垂直紙面向里
C. 欲使電子束打在熒光屏上的B點，偏轉磁場的方向應垂直紙面向外
D. 欲使電子束打在熒光屏上的位置由A點調整到B點，應調節偏轉線圈中的電流使磁場增強
解析：洛倫茲力方向與速度方向垂直，不做功，電子的速度大小不變，A錯誤；欲使 電子束打在熒光屏上的A、B點，偏轉磁場的方向應垂直紙面向外，B錯誤，C正確； 由A點調整到B點，應減小電子束的偏轉程度，電子所受洛侖茲力減小，故應調節偏 轉線圈中的電流使磁場減弱，D錯誤.
對應　訓練
3. 如圖所示，質量為m、帶電荷量為q的小球，在傾角為α的光滑斜面上由靜止開始下 滑，勻強磁場的磁感應強度為B，方向垂直紙面向外.若帶電小球下滑后某個時刻對斜 面的壓力恰好為零，問：
（1）小球帶電性質如何？
答案：（1）正電　
解析：（1）由受力分析可得，帶電小球所受磁場力方向垂直于斜面向上，由左手定 則可得，此小球帶正電.
（2）此時小球下滑的速度和位移分別是多大？
解析：（2）當小球與斜面間沒有壓力時有qvB＝mgcos α，
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研習任務四　洛倫茲力與現代科技
合作　討論
如圖所示為濾速器的原理圖.K為電子槍，由槍中沿KA方向射出的電子，速率大小不 一.當電子通過方向互相垂直的勻強電場和勻強磁場后，只有一定速率的電子能沿直 線前進，并通過小孔S. 設產生勻強電場的平行板間的電壓為300 V，間距為5 cm，垂 直紙面的勻強磁場的磁感應強度為0.06 T（不計粒子重力），問：
（1）磁場的方向應該垂直紙面向里還是向外？
提示：（1）由題圖可知，平行板產生的電場強度E方向向下，電子受到的電場力方向 向上，要使電子沿直線運動，電子束受到的洛倫茲力方向必須向下，根據左手定則可 判定B的方向垂直于紙面向里.
（2）速度為多大的電子才能通過小孔S？
要點　歸納
1. 速度選擇器
2. 磁流體發電機
（1）工作原理：磁流體發電機的發電原理圖如圖甲所示，其平面圖如圖乙所示.平行 金屬板 A、B之間有一個很強的磁場，將一束等離子體（即高溫下電離的氣體，含有 大量正、負帶電粒子）噴入磁場，A、B兩板間便產生電壓.如果把 A、B和用電器連 接，A、B就是一個直流電源的兩個電極.
甲 乙
甲 乙
3. 電磁流量計
　　
研習　經典
BD
A. 磁場方向必須垂直紙面向外
C. 只有帶負電的粒子（不計重力）才能通過此速度選擇器
名師點評
　　速度選擇器、磁流體發電機、電磁流量計具有相同的特點，即在穩定狀態時，電 荷所受的洛倫茲力與電場力均等大反向.
對應　訓練
A. 僅減小兩板間的距離，發電機的電動勢將增大
B. 僅增強磁感應強度，發電機的電動勢將減小
C. 僅增加負載的阻值，發電機的輸出功率將減小
D. 僅減小磁流體的噴射速度，發電機的總功率將減小
D
知識　構建
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課后提素養深刻剖析 提升能力
基礎　題組
1. 判斷正誤.
×
√
×
√
A
解析：根據左手定則判斷得出正電荷受到的洛倫茲力方向向上，故A正確，B錯誤； 根據左手定則判斷可知，負電荷受到的洛倫茲力方向向上，故C、D錯誤.故選A.
A. 電子束打在A點時，洛倫茲力對電子做正功
D. 0～T內，電子束在熒光屏上的位置由A向B點移動
BD
中檔　題組
A. 它所受的洛倫茲力大小一定為qvB
B. 它所受的洛倫茲力大小有可能不是qvB
C. 它所受的洛倫茲力的方向一定和v垂直
D. 它所受的洛倫茲力的方向有時與v垂直，有時與v平行
解析：帶電粒子在磁場中運動時，受到的洛倫茲力大小為F＝qvBsin θ，當運動的方向 與磁場的方向垂直時，它所受的洛倫茲力大小一定為qvB，故A正確，B錯誤；根據左 手定則可知，洛倫茲力方向總是垂直磁場與運動的方向所構成的平面，故C正確，D 錯誤.
AC
AD
A. A板帶正電
B. 有電流從b經用電器流向a
C. 金屬板A、B間的電場方向向下
D. 等離子體發生偏轉的原因是離子所受洛倫茲力大于所受靜電力
BD
解析：等離子體射入磁場后，由左手定則知正離子受到向下的洛倫茲力向B板偏轉， 故B板帶正電，B板電勢高，電流方向從b經用電器流向a，電場的方向由B板指向A 板，A、C錯誤，B正確；當Bvq＞Eq時離子發生偏轉，D正確.
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課時作業（二）
[基礎訓練]
A. 安培發現了磁場對運動電荷的作用規律，洛倫茲發現了磁場對電流的作用規律
B. 點電荷是一個理想模型，只有電荷量很小的帶電體才可看成點電荷
D. 法拉第首先發現了電流的磁效應，并引入“場”的概念用來研究電和磁現象
C
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C
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A. 電子在偏轉線圈中被加速
B. 電子的偏轉是因為電場力的作用
C. 若電子束打到A點，線圈區域中有平行紙面向下的磁場
D. 若電子束打到A點，線圈區域中有垂直紙面向外的磁場
D
解析：偏轉線圈通入電流時產生磁場，洛倫茲力不做功，電子在偏轉線圈中不能被
加速，A錯誤；電子的偏轉是因為洛倫茲力的作用，B錯誤；由左手定則可知，若電子束打到A點，線圈區域中有垂直紙面向外的磁場，C錯誤，D正確.
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A. 豎直向下沿直線射向地面
B. 相對于預定地點向東偏轉
C. 相對于預定地點稍向西偏轉
D. 相對于預定地點稍向北偏轉
解析：由左手定則判斷洛倫茲力方向向東，相對于預定地點向東偏轉，故B正確.
B
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BC
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A. 如果是P型半導體，有φM＞φN
B. 如果是N型半導體，有φM＜φN
C. 如果是P型半導體，有φM＜φN
D. 如果是金屬導體，有φM＞φN
CD
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解析：如果是P型半導體，由左手定則知帶正電的粒子向N板偏轉，所以N板的電勢 高，即φM＜φN，故C項正確，A項錯誤；如果是N型半導體或金屬導體，由左手定則 知電子向N板偏轉，所以N板的電勢低，即φM＞φN，B項錯誤，D項正確.故選CD.
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A. 兩小球到達軌道最低點的速度vM＝vN
B. 兩小球到達軌道最低點的速度vM＞vN
C. 在磁場和電場中小球均能到達軌道的另一端
D. 在磁場中小球能到達軌道的另一端，在電場中小球不能到達軌道的另一端
BD
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解析：小球在磁場中運動時洛倫茲力不做功，所以滿足機械能守恒.在電場中受到的 電場力向左，下滑過程中電場力做負功，所以到達最低點時速度關系為vM＞vN，選項 A錯誤，選項B正確；整個過程小球在磁場中運動時洛倫茲力不做功，所以滿足機械 能守恒，能到達軌道的另一端；在電場中受到的電場力向左，整個過程中電場力都做 負功，機械能減少，小球不能到達軌道的另一端，選項C錯誤，D正確.
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[能力提升]
A. 小球帶正電
B. 小球在斜面上運動時做勻加速直線運動
C. 小球在斜面上運動時做加速度增大，而速度也增大的變加速直線運動
ACD
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A
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C. 大小為Bv，方向向下，與粒子帶何種電荷無關
D. 大小為Bv，方向向上，與粒子帶何種電荷無關
D
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解析：為使粒子流經磁場時不偏轉（不計重力），當粒子帶正電時，所受洛倫茲力向 下，則靜電力方向應向上，電場方向向上，由平衡條件qvB＝qE，得E＝vB，A錯誤； 為使粒子流經磁場時不偏轉（不計重力），當粒子帶負電時，所受洛倫茲力向上，則 靜電力方向應向下，電場方向向上，由平衡條件qvB＝qE，得E＝vB，B錯誤；由A、 B中分析可知，不論粒子帶何種電荷，電場強度方向都向上，大小等于vB，粒子流經 磁場時不偏轉，C錯誤，D正確.
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11. 在某空間存在著水平向右的勻強電場和垂直于紙面向里的勻強磁場，如圖所示， 一段光滑且絕緣的圓弧軌道AC固定在紙面內，其圓心為O點，半徑R＝1.8 m，OA連 線在豎直方向上，AC弧對應的圓心角θ＝37°.現有一質量m＝3.6×10－4 kg、電荷量 q＝＋9.0×10－4 C的帶電小球（可視為質點）以v0＝4.0 m/s的初速度沿水平方向從A 點射入圓弧軌道內，一段時間后從C點離開，小球離開C點后做勻速直線運動，已知 重力加速度g＝10 m/s2，sin 37°≈0.6，不計空氣阻力，求：
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（1）勻強電場的場強E；
答案：（1）3 N/C
解析：（1）當小球離開圓弧軌道后，對其受力分析如圖所示：
由平衡條件得：F電＝qE＝mgtan θ，代入數據解得：E＝3 N/C.
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（2）小球射入圓弧軌道后的瞬間對軌道的壓力大小.
答案：（2）3.2×10－3 N、
代入數據得：FN＝3.2×10－3 N，
由牛頓第三定律得，小球對軌道的壓力大小為：FN'＝3.2×10－3 N.
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