磁场第3章第五节

1、第五节研究洛伦兹力第五节研究洛伦兹力第第五五节节 研研究究洛洛伦伦兹兹力力 课前自主学案课前自主学案 核心要点突破核心要点突破 课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.通过实验探究，感受磁场对运动电荷有力的作通过实验探究，感受磁场对运动电荷有力的作用用2知道什么是洛伦兹力，会用左手定则判断洛知道什么是洛伦兹力，会用左手定则判断洛伦兹力的方向伦兹力的方向3掌握洛伦兹力公式的推导过程会用公式求掌握洛伦兹力公式的推导过程会用公式求洛伦兹力洛伦兹力重点难点：洛伦兹力方向判断及大小计算重点难点：洛伦兹力方向判断及大小计算课前自主学案课前自主学案一、洛伦兹力

2、的方向一、洛伦兹力的方向1洛伦兹力：荷兰物理学家洛伦兹于洛伦兹力：荷兰物理学家洛伦兹于1895年发表了年发表了磁场对磁场对_的作用力公式，人们称这种力为洛伦的作用力公式，人们称这种力为洛伦兹力兹力2阴极射线：在阴极射线管中，从阴极发射出来的阴极射线：在阴极射线管中，从阴极发射出来的_称为阴极射线称为阴极射线3实验表明：当运动电荷的速度方向与磁场方向平实验表明：当运动电荷的速度方向与磁场方向平行时，运动电荷受到的洛伦兹力为行时，运动电荷受到的洛伦兹力为_当运动电荷的当运动电荷的速度方向与磁场方向垂直时，运动电荷受到的洛伦兹速度方向与磁场方向垂直时，运动电荷受到的洛伦兹力的方向既与磁场方向力的方向

3、既与磁场方向_，又与速度方向，又与速度方向_运动电荷运动电荷电子束电子束零零垂直垂直垂直垂直4左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，且处于同一平面内，把手放入磁场中让磁感垂直，且处于同一平面内，把手放入磁场中让磁感线垂直穿入手心，四指指向为线垂直穿入手心，四指指向为_运动的方向，运动的方向，那么那么_所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向运动的负电荷在磁场中所受的洛伦兹力的方向向运动的负电荷在磁场中所受的洛伦兹力的方向跟沿相同方向运动的正电荷所受力的方向跟沿相同方向运动的正电荷所受力的方向_正电荷正电荷拇指

4、拇指相反相反思考感悟思考感悟1在用左手定则判断运动的电荷在磁场中所受洛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，四指一定指向电荷的运动方向伦兹力的方向时，四指一定指向电荷的运动方向吗？吗？提示：提示：不一定，对于正电荷，四指指向电荷的运不一定，对于正电荷，四指指向电荷的运动方向；但对于负电荷，四指应指向运动的反方动方向；但对于负电荷，四指应指向运动的反方向向二、洛伦兹力的大小二、洛伦兹力的大小1实验表明：电流在磁场中受到安培力，运动电荷实验表明：电流在磁场中受到安培力，运动电荷在磁场中受到洛伦兹力可以推测，安培力可以看作在磁场中受到洛伦兹力可以推测，安培力可以看作是大量运动电荷所

5、受洛伦兹力的是大量运动电荷所受洛伦兹力的_2公式推导：设有一段长度为公式推导：设有一段长度为L的通电导线，横截的通电导线，横截面积为面积为S，单位体积内含有的自由电荷数为，单位体积内含有的自由电荷数为n，每个，每个自由电荷的电荷量为自由电荷的电荷量为q，定向移动的平均速度为，定向移动的平均速度为v，则，则导线中的电流为导线中的电流为I _，将通电直导线垂直于磁，将通电直导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中，导线所受的匀强磁场中，导线所受安培力安培力F安安BIL _ ，这段导线中含有的运动，这段导线中含有的运动电荷数为电荷数为nLS，所以，所以f _.宏观表现宏

6、观表现nqvSBnqvSLqvB综上可知，当电荷在垂直于磁场的方向上运动综上可知，当电荷在垂直于磁场的方向上运动时，磁场对运动电荷的洛伦兹力时，磁场对运动电荷的洛伦兹力f _.qvB思考感悟思考感悟2带电粒子在电场中一定受电场力，但带电粒带电粒子在电场中一定受电场力，但带电粒子在磁场中一定受洛伦兹力吗？子在磁场中一定受洛伦兹力吗？提示：提示：不一定，要看带电粒子是否运动以及运动不一定，要看带电粒子是否运动以及运动方向与磁场方向的夹角方向与磁场方向的夹角核心要点突破核心要点突破一、对洛伦兹力的理解一、对洛伦兹力的理解1大小大小(1)只有运动电荷受洛伦兹力，静止电荷不受洛伦兹只有运动电荷受洛伦兹力

7、，静止电荷不受洛伦兹力力(2)电荷垂直磁场运动时，洛伦兹力最大，平行磁场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运动时不受洛伦兹力2方向方向(1)洛伦兹力的方向总是与电荷运动方向和磁场方向洛伦兹力的方向总是与电荷运动方向和磁场方向垂直，即洛伦兹力的方向总是垂直于电荷运动方向垂直，即洛伦兹力的方向总是垂直于电荷运动方向和磁场方向所决定的平面，和磁场方向所决定的平面，f、B、v三者的方向关系三者的方向关系是：是：fB，fv，但，但B与与v不一定垂直不一定垂直(2)洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化但无论怎么变化，洛伦兹力都与运动方向垂

8、直，化但无论怎么变化，洛伦兹力都与运动方向垂直，故洛伦兹力永不做功，它只改变电荷运动方向，不故洛伦兹力永不做功，它只改变电荷运动方向，不改变电荷速度大小改变电荷速度大小特别提醒：特别提醒：在实际问题中，由于原子核、离子和电在实际问题中，由于原子核、离子和电子等微观粒子的重力远小于洛伦兹力，所以往往忽子等微观粒子的重力远小于洛伦兹力，所以往往忽略它们的重力略它们的重力即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1(双选双选)在只受洛伦兹力的条件下，关于带电粒子在只受洛伦兹力的条件下，关于带电粒子在匀强磁场中的运动，下列说法正确的有在匀强磁场中的运动，下列说法正确的有()A只要粒子的速

9、度大小相同，带电荷量相同，粒子只要粒子的速度大小相同，带电荷量相同，粒子所受洛伦兹力大小就相同所受洛伦兹力大小就相同B洛伦兹力只改变带电粒子的运动轨迹洛伦兹力只改变带电粒子的运动轨迹C洛伦兹力始终与速度垂直，所以洛伦兹力不做功洛伦兹力始终与速度垂直，所以洛伦兹力不做功D洛伦兹力始终与速度垂直，所以粒子在运动过程洛伦兹力始终与速度垂直，所以粒子在运动过程中的动能、速度保持不变中的动能、速度保持不变解析：解析：选选BC.速度大小相同的粒子，沿不同方向进速度大小相同的粒子，沿不同方向进入磁场时所受的洛伦兹力的大小不同，所以选项入磁场时所受的洛伦兹力的大小不同，所以选项A不正确，洛伦兹力的方向始终与速

10、度方向垂直，所不正确，洛伦兹力的方向始终与速度方向垂直，所以洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小以洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，动能保持不变，洛伦兹力不做功；但在洛伦兹力，动能保持不变，洛伦兹力不做功；但在洛伦兹力的作用下，粒子的运动方向要发生变化，速度就要的作用下，粒子的运动方向要发生变化，速度就要发生变化，故发生变化，故D选项不正确，选项不正确，B、C正确正确二、洛伦兹力与安培力的区别和联系二、洛伦兹力与安培力的区别和联系1区别区别(1)洛伦兹力是指单个运动的带电粒子所受到的磁场洛伦兹力是指单个运动的带电粒子所受到的磁场力，而安培力是指通电直导线所受到的磁场力力，而安培

11、力是指通电直导线所受到的磁场力(2)洛伦兹力恒不做功，而安培力可以做功洛伦兹力恒不做功，而安培力可以做功2联系联系(1)安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培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洛伦兹力和安培力在本质上都是运力的微观解释洛伦兹力和安培力在本质上都是运动电荷在磁场中所受的磁场力动电荷在磁场中所受的磁场力(2)大小关系：大小关系：F安安Nf(N是导体中定向运动的电荷是导体中定向运动的电荷数数)(3)方向关系：洛伦兹力与安培力的方向一致，均方向关系：洛伦兹力与安培力的方向一致，均可用左手定则进行判断可用左手定则进行判断特别提醒：特别提醒：虽然安培力是洛伦兹力的宏

12、观表现，虽然安培力是洛伦兹力的宏观表现，但也不能简单地认为安培力就等于所有定向移动但也不能简单地认为安培力就等于所有定向移动的电荷所受洛伦兹力的和，只有当导体静止时，的电荷所受洛伦兹力的和，只有当导体静止时，二者才相等二者才相等即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2(单选单选)安培力和洛伦兹力，下列说法中正确的是安培力和洛伦兹力，下列说法中正确的是()A安培力和洛伦兹力是性质不同的两种力安培力和洛伦兹力是性质不同的两种力B安培力可以对通电导线做功，洛伦兹力对运动安培力可以对通电导线做功，洛伦兹力对运动电荷一定不做功电荷一定不做功C运动电荷在某处不受洛伦兹力作用，则该处的运动

13、电荷在某处不受洛伦兹力作用，则该处的磁感应强度一定为零磁感应强度一定为零D洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能，也不能洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能，也不能改变带电粒子的运动状态改变带电粒子的运动状态解析：解析：选选B.洛伦兹力是磁场对一个运动电荷的磁场力洛伦兹力是磁场对一个运动电荷的磁场力作用，而安培力是磁场对所有参与定向移动的电荷作用，而安培力是磁场对所有参与定向移动的电荷(电流电流)的磁场力的合力，二者本质都是磁场力，故选的磁场力的合力，二者本质都是磁场力，故选项项A错误错误洛伦兹力永远与电荷运动方向垂直，所以洛伦兹力不洛伦兹力永远与电荷运动方向垂直，所以洛伦兹力不做功安培力是洛伦兹力的宏

14、观表现，它虽然对引起做功安培力是洛伦兹力的宏观表现，它虽然对引起电流的定向移动的电荷不做功，但对通电导线是可以电流的定向移动的电荷不做功，但对通电导线是可以做功的，二者虽本质相同，但效果不同，故选项做功的，二者虽本质相同，但效果不同，故选项B正正确电荷运动方向与磁感线方向在同一直线上时，运确电荷运动方向与磁感线方向在同一直线上时，运动电荷也不受洛伦兹力作用，而该处磁感应强度不为动电荷也不受洛伦兹力作用，而该处磁感应强度不为零，所以选项零，所以选项C错误洛伦兹力不改变带电粒子的速错误洛伦兹力不改变带电粒子的速度大小，但改变速度的方向，选项度大小，但改变速度的方向，选项D错误错误三、洛伦兹力与电场

15、力的比较三、洛伦兹力与电场力的比较这两种力都是带电粒子在两种不同的场中受到的这两种力都是带电粒子在两种不同的场中受到的力，反映了磁场和电场都有力的性质，但这两种力，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力的区别也是十分明显的.特别提醒：特别提醒：(1)洛伦兹力的方向具有区别于其他性质洛伦兹力的方向具有区别于其他性质力的特殊性力的特殊性(2)运动电荷不受洛伦兹力作用的位置，磁感应强度运动电荷不受洛伦兹力作用的位置，磁感应强度不一定为零不一定为零即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)3(双选双选)下列说法正确的是下列说法正确的是()A所有电荷在电场中都要受到

16、电场力的作用所有电荷在电场中都要受到电场力的作用B所有电荷在磁场中都要受到磁场力的作用所有电荷在磁场中都要受到磁场力的作用C一切运动电荷在磁场中都要受到磁场力的作用一切运动电荷在磁场中都要受到磁场力的作用D运动电荷在磁场中，只有当垂直于磁场方向的速运动电荷在磁场中，只有当垂直于磁场方向的速度分量不为零时，才受到磁场力的作用度分量不为零时，才受到磁场力的作用解析：解析：选选AD.电荷在电场中受电场力电荷在电场中受电场力FqE，不管，不管q运运动还是静止都一样，故动还是静止都一样，故A对；而运动电荷在磁场中受对；而运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力到的洛伦兹力fqvB，其中，其中v是垂直于是垂直于B的

17、分量当的分量当v平行于平行于B时，电荷不受洛伦兹力，故时，电荷不受洛伦兹力，故C错，错，D对对 (单选单选)如图如图351，在阴极射线管正下方平，在阴极射线管正下方平行放置一根通有足够强直流电流的长直导线，且导行放置一根通有足够强直流电流的长直导线，且导线中电流方向水平向右，则阴极射线将会线中电流方向水平向右，则阴极射线将会()A向上偏转向上偏转B向下偏转向下偏转C向纸内偏转向纸内偏转 D向纸外偏转向纸外偏转课堂互动讲练课堂互动讲练洛伦兹力方向的判断洛伦兹力方向的判断图图351【精讲精析精讲精析】本题首先需要判断通电直导线周围本题首先需要判断通电直导线周围磁场情况，再由左手定则判断电子受力方向

18、题目磁场情况，再由左手定则判断电子受力方向题目设置巧妙，灵活考查了左手定则对电子所受力方向设置巧妙，灵活考查了左手定则对电子所受力方向的判断在阴极射线管所处位置处，直导线产生的的判断在阴极射线管所处位置处，直导线产生的磁场方向垂直纸面向外，由左手定则可以判断阴极磁场方向垂直纸面向外，由左手定则可以判断阴极射线中的电子受力方向向上，故选射线中的电子受力方向向上，故选A.【答案答案】A【方法总结方法总结】阴极射线是电子流，电子带负电，阴极射线是电子流，电子带负电，应用左手定则时应将四指指向电子束运动相反的方应用左手定则时应将四指指向电子束运动相反的方向向 一初速度为零的质子一初速度为零的质子(质量

19、质量m1.671027kg、电荷量、电荷量q1.61019 C)，经过电压为，经过电压为1880 V的电的电场加速后，垂直进入磁感应强度为场加速后，垂直进入磁感应强度为5.0104T的匀的匀强磁场中，质子所受的洛伦兹力是多大？强磁场中，质子所受的洛伦兹力是多大？洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小【答案答案】4.81017 N【方法总结方法总结】只有运动的带电粒子才可能受洛只有运动的带电粒子才可能受洛伦兹力作用，当速度与磁场方向垂直时，洛伦兹伦兹力作用，当速度与磁场方向垂直时，洛伦兹力力fqvB.变式训练变式训练1(单选单选)初速度为零的带有相同电荷量初速度为零的带有相同电荷量的粒子，它们的质量之比为

20、的粒子，它们的质量之比为m1 m21 4，使它，使它们经过同一加速电场后，垂直进入同一个匀强磁们经过同一加速电场后，垂直进入同一个匀强磁场中，则它们所受洛伦兹力之比场中，则它们所受洛伦兹力之比f1 f2等于等于()A2 1 B1 2C4 1 D1 4速度选择器速度选择器如图如图352所示，在平行带电金属板间有垂所示，在平行带电金属板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，质子、氘核、氚核沿平直于纸面向里的匀强磁场，质子、氘核、氚核沿平行于金属板方向，以相同的动能射入两极间，其中行于金属板方向，以相同的动能射入两极间，其中氘核沿直线运动，未发生偏转，质子和氚核发生偏氘核沿直线运动，未发生偏转，质子和氚核发

21、生偏转后射出，则：偏向正极板的是质子；偏向正转后射出，则：偏向正极板的是质子；偏向正极板的是氚核；射出时动能最大的是质子；射极板的是氚核；射出时动能最大的是质子；射出时动能最大的是氚核以上说法正确的是出时动能最大的是氚核以上说法正确的是()ABC D图图352【精讲精析精讲精析】质子、氘核、氚核质量数和电荷数质子、氘核、氚核质量数和电荷数分别为分别为H、H、H，由于它们的动能相同，故质子的，由于它们的动能相同，故质子的速度大于氘核速度，氚核速度小于氘核速度，而氘速度大于氘核速度，氚核速度小于氘核速度，而氘核未发生偏转，则氚核偏向电场力方向，质子偏向核未发生偏转，则氚核偏向电场力方向，质子偏向洛

22、伦兹力方向，故选洛伦兹力方向，故选D.【答案答案】D【方法总结方法总结】带电粒子在电磁场中的运动，一定带电粒子在电磁场中的运动，一定要综合分析所受的电场力和洛伦兹力的情况，才能要综合分析所受的电场力和洛伦兹力的情况，才能作出正确的解答作出正确的解答变式训练变式训练2(单选单选)在图在图353中虚线所围的区域中虚线所围的区域内，存在电场强度为内，存在电场强度为E的匀强电场和磁感应强度为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，穿过此的匀强磁场已知从左方水平射入的电子，穿过此区域时未发生偏转设重力可忽略不计，则在该区区域时未发生偏转设重力可忽略不计，则在该区域中的域中的E和和B

23、的方向不可能是的方向不可能是()AE和和B都沿水平方向，并与电子运动的方向都沿水平方向，并与电子运动的方向相同相同BE和和B都沿水平方向，并与电子运动的方向都沿水平方向，并与电子运动的方向相反相反CE竖直向上，竖直向上，B垂直纸面向外垂直纸面向外DE竖直向上，竖直向上，B垂直纸面向里垂直纸面向里图图353解析：解析：选选D.E和和B沿水平方向并与电子运动方向平沿水平方向并与电子运动方向平行行(相同或相反相同或相反)，则洛伦兹力，则洛伦兹力f0，只受电场力作，只受电场力作用且电场力与电子速度方向共线，必不偏转，故用且电场力与电子速度方向共线，必不偏转，故A、B选项正确若选项正确若E竖直向上，竖直

24、向上，B垂直纸面向外，则垂直纸面向外，则电场力竖直向下，电子受的洛伦兹力竖直向上，当电场力竖直向下，电子受的洛伦兹力竖直向上，当电场力和洛伦兹力相等时，合力为零，可以不偏转电场力和洛伦兹力相等时，合力为零，可以不偏转，故，故C选项正确，选项正确，D选项错误故选选项错误故选D. 质量为质量为0.1 g的小物块，带有的小物块，带有5104C的电荷的电荷量，放在倾角为量，放在倾角为30的绝缘光滑斜面上，整个斜的绝缘光滑斜面上，整个斜面置于面置于0.5 T的匀强磁场中，磁场方向如图的匀强磁场中，磁场方向如图354所示，物块由静止开始下滑，滑到某一位置时所示，物块由静止开始下滑，滑到某一位置时，物块开始离开斜面，物块开始离开斜面(设斜面足够长，设斜面足够长，g10 m/s2)问：问：(1)物块带电性质？物块带电性质？(2)物块离开斜面时的速度为多少？物块离开斜面时的速度为多少？(3)物块在斜面上滑行的最大距离是多少？物块在斜面上滑行的最大距离是多少？与洛伦兹力有关的综合问题与洛伦兹力有关的综合问题图图354【思路点拨思路点拨】解答本题时，首先判定洛伦解答本题时，首先判定洛伦兹力的方向，依据物块离开斜面的临界条件兹力的方向，依据物块离开斜面的临界条件，求出物块离开斜面的临界速