高中物理 第三章 磁场 第四节 通电导线在磁场中受到的力课堂探究学案 新人教版选修3-1.doc

第四节 通电导线在磁场中受到的力课堂探究探究一 对洛伦兹力的理解问题导引来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某点，如图所示，思考：质子能沿直线射向赤道吗？提示：因为质子受到磁场的作用力，不会沿直线射向赤道名师精讲1对洛伦兹力的理解(1)对洛伦兹力方向的认识三个决定洛伦兹力方向的因素：电荷的电性(正、负)、速度方向、磁感应强度的方向是决定洛伦兹力方向的三个要素当电性一定时，其他两个因素决定洛伦兹力的方向，如果只让一个因素相反，则洛伦兹力方向必定相反；如果同时让两个因素相反，则洛伦兹力方向不变f、b、v三者方向间的关系：电荷运动方向和磁场方向间没有因果关系，两者关系是不确定的电荷运动方向和磁场方向确定洛伦兹力方向，fb，fv，即f垂直于b和v所决定的平面洛伦兹力的特点：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，故洛伦兹力永不做功，它只改变电荷的运动方向，不改变电荷的速度大小(2)对洛伦兹力大小的理解只有运动电荷受洛伦兹力，静止电荷不受洛伦兹力电荷垂直磁场运动时，洛伦兹力最大，平行磁场运动时不受洛伦兹力推导：如图所示，直导线长为l，电流为i，导线中运动电荷数为n，横截面积为s，电荷的电荷量为q，运动速度为v，则安培力filbnf洛所以洛伦兹力f洛因为inqsv(n为单位体积的电荷数)f洛qvb，式中nnsl，故f洛qvb.上式为电荷垂直磁场方向运动时，电荷受到的洛伦兹力若电荷运动方向与磁场方向夹角为，则洛伦兹力为f洛qvbsin.2洛伦兹力与安培力的区别和联系洛伦兹力安培力区别洛伦兹力是指单个运动的带电粒子所受到的磁场力安培力是指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大小关系：f安nf洛(n是导体中定向运动的电荷数)方向关系：洛伦兹力与安培力的方向一致，均可用左手定则进行判断.特别提醒 (1)应用左手定则时，当v与b不垂直时，洛伦兹力仍垂直于v、b决定的平面，但磁感线不一定垂直穿过掌心，磁感线方向一定与大拇指垂直，不一定与四指垂直(2)判断安培力与洛伦兹力时都用左手，高中阶段判断其他现象时用到的都是右手，如判定感应电流的方向、判定磁场的方向等【例1】 在如图所示的各图中，匀强磁场的磁感应强度均为b，带电粒子的速率均为v，电荷量均为q.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点拨：应用左手定则判断洛伦兹力方向，根据公式fqvb求洛伦兹力的大小解析：(1)因为vb，所以fqvb，方向与v垂直向左上方(2)v与b的夹角为30，将v分解成垂直磁场的分量和平行磁场的分量，vvsin30，fqvbsin30qvb，方向垂直纸面向里(3)由于v与b平行，所以不受洛伦兹力(4)v与b垂直，fqvb，方向与v垂直斜向上答案：(1)qvb垂直v斜向左上方(2) qvb垂直纸面向里(3)不受洛伦兹力(4)qvb垂直v斜向上题后反思 (1)用左手定则判断洛伦兹力方向时，要特别注意运动电荷的正负，四指应指向正电荷运动的方向，或指向负电荷运动的反方向(2)计算洛伦兹力的大小时，应注意弄清v与磁感应强度b的方向关系当vb时，洛伦兹力fqvb；当vb时，f0；当v与b成角(090)时，应将v(或b)进行分解取它们垂直的分量计算探究二 洛伦兹力与电场力的比较问题导引正电荷放在处于磁场中的绝缘水平面上，如图所示，观察图片，思考：(1)未加磁场时电荷对水平面的压力多大？(2)加上如图所示的磁场后，欲使粒子对水平面的压力为零，则电荷该向哪移动？提示：未加磁场时电荷对水平面的压力大小等于重力大小；加上磁场后，当电荷向右运动时，对水平面的压力可以为零名师精讲1洛伦兹力与电场力的比较(1)这两种力均是带电粒子在不同场中受到的力，反映了磁场和电场都有力的性质，但这两种力的区别也是十分明显的洛伦兹力静电力作用对象仅在运动电荷的速度方向与b不平行时，运动电荷才受洛伦兹力带电粒子只要处在电场中，一定受静电力大小方向f洛qvbsin，方向与b垂直，与v垂直，用左手定则判断f电qe，方向与e同向或反向特点洛伦兹力永不做功静电力可做正(或负)功作用效果只改变电荷运动的方向，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特别提醒 (1)只有相对磁场运动的电荷才受洛伦兹力，相对磁场静止的电荷不受洛伦兹力(2)电荷垂直磁场运动时所受的洛伦兹力最大；电荷平行磁场运动时，不受洛伦兹力(3)运动电荷所受洛伦兹力为零时，该处磁感应强度不一定为零【例2】 (多选)如图所示，在图中虚线所围的区域内，存在电场强度为e的匀强电场和磁感应强度为b的匀强磁场，已知从左方水平射入的电子，通过该区域时未发生偏转，假设其重力可忽略不计，则在该区域中的e和b的方向可能是()ae竖直向上，b垂直纸面向外be竖直向上，b垂直纸面向里ce和b都沿水平方向，并与电子运动方向相同de和b都沿水平方向，并与电子运动方向相反点拨：电子所受静电力与电场的方向相反，所受洛伦兹力的方向与电子的速度方向垂直，用左手定则判断，电子不偏转则静电力与洛伦兹力平衡解析：如果e竖直向上，b垂直纸面向外，电子沿图中方向射入后，静电力向下，洛伦兹力向上，二力可能平衡，电子可能沿直线通过e、b共存区域，故a对；同理b不对；如果e、b沿水平方向且与电子运动方向相同，电子不受洛伦兹力作用，但电子受到与e反方向的静电力作用，电子做匀减速直线运动，也不偏转，故c对；如果e、b沿水平方向，且与电子运动方向相反，电子仍不受洛伦兹力，静电力与e反向，即与速度同方向，故电子做匀加速直线运动，也不偏转，故d对答案：acd题后反思 解答此题不仅要想到静电力和洛伦兹力平衡的情况，也要想到后两种情况中不受洛伦兹力只受静电力的匀加(减)速直线运动的情况，后两种情况好多同学想不到2洛伦兹力问题的分析方法洛伦兹力考查角度多，因而涉及洛伦兹力的题目往往较为综合，解题时可按以下步骤分析：首先确定研究对象，进行受力分析，注意带电粒子在匀强磁场中，若速度方向与磁场方向不平行，则受洛伦兹力其次，根据已知条件，结合牛顿运动定律和运动学规律，列方程求解若涉及能量，可根据动能定理或能量守恒定律，列方程求解，同时注意洛伦兹力始终与带电粒子速度方向垂直，因而对带电粒子不做功【例3】 质量为m的小物块，电荷量为q，放在倾角为37的绝缘光滑斜面上，整个斜面置于磁感应强度为b的匀强磁场中，磁场方向如图所示，物块由静止开始下滑，滑到某一位置时，物块开始离开斜面(设斜面足够长，重力加速度为g)，求：(1)物块的带电性质；(2)物块离开斜面时的速度大小；(3)物块在斜面上滑行的最大距离点拨：先判定洛伦兹力的方向，再求离开斜面时的临界速度，最后由动能定理求物块在斜面上滑行的距离解析：(1)由左手定则可知物块带负电荷(2)当物块离开斜面时，物块对斜面的压力为0，受力如图所示，则qvbmgcos370解得，v.(3)由动能定理得mgsin37lmv2解得，物块在斜面上滑行的最大距离l答案：(1)负电(2)(3) 题后反思 解答本题的关键是判断出