运动电荷在磁场中受到的力-完整版获奖课件

1、5 运动电荷在磁场中受到的力【思考】正电荷所受洛伦兹力的方向，负电荷所受洛伦兹力的方向以及导线所受安培力的方向有什么联系？提示：电流的方向即正电荷定向移动的方向也就是负电荷定向移动的反方向.所以安培力的方向和相应正电荷沿电流方向移动所受洛伦兹力方向及相应负电荷沿电流反方向移动所受洛伦兹力方向一致，体现了安培力是洛伦兹力的宏观表现.【思考】显像管工作时，电子束是依次扫描荧光屏上各点，可为什么我们觉察不到荧光屏的闪烁？提示：这是由于眼睛的视觉暂留现象，当电子束扫描频率达到人眼的临界闪烁频率时，由于视觉暂留的原因，人眼就感觉不到荧光屏的闪烁.一、洛伦兹力的方向1.决定洛伦兹力方向的因素有三个：电荷的

2、电性(正、负)，速度方向、磁感应强度的方向.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，则洛伦兹力方向将不变.2.F、B、v三者方向间关系：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.3.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，它只改变电荷运动方向，不改变电荷速度大小.【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

3、线不一定要垂直穿过掌心，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，例如判定感应电流的方向判定磁场的方向等.【典例1】关于电荷在磁场中运动速度、磁场和电荷受到洛伦兹力三者之间的方向关系如图所示，其中正确的是( )【解题指导】解答本题可按以下思路分析：关键点【标准解答】选A.根据左手定则，A中电荷所受洛伦兹力方向向下，A正确；B中电荷所受洛伦兹力方向向下，B错误；C中电荷运动方向与磁场方向平行，不受洛伦兹力，C错；D中电荷所受洛伦兹力方向垂直纸面向外，D错误.【规律方法】 判断洛伦兹力方向的易错点(1)注意电荷的正负，

4、尤其是判断负电荷所受洛伦兹力方向时，四指应指向电荷运动的反方向.(2)注意洛伦兹力方向一定垂直于B和v所决定的平面.(3)当v与B的方向平行时，电荷受到洛伦兹力为零.【变式训练】如图所示，阴极射线管的阴极(左侧极板)不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线ab，射线的径迹往下偏，则下列说法正确的是( )A.径迹往下偏是由于电子的重力引起的B.径迹的偏向与ab中的电流方向无关C.电子所受洛伦兹力向上D.导线中的电流从b流向a【解析】选D.电子向下偏转说明电子所受洛伦兹力向下，根据左手定则可判知，导线上方存在垂直纸面向里的磁场.再根据安培定则，导线中存在从b流向a的电流，D项正确.【变式备选】

5、如图所示，各带电粒子均以速度v射入匀强磁场，其中图C中v的方向垂直纸面向里，图D中v的方向垂直纸面向外，试分别指出各带电粒子所受洛伦兹力的方向.【解析】根据左手定则可判知：A中洛伦兹力方向向上；B中洛伦兹力方向垂直纸面向里；C中洛伦兹力方向向右；D中洛伦兹力方向向下.答案：向上 垂直纸面向里 向右 向下二、洛伦兹力大小的推导和理解1.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，电荷的电量为q，运动速度为v，则安培力F=ILB=nF洛所以洛伦兹力因为I=NqSv(N为单位体积的电荷数)所以 ，式中n=NSL，故F洛=qvB.上式为电荷垂直磁场方向运动时，电荷受到的

6、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=qvBsin.2.洛伦兹力与安培力的关系(1)洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力，而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现.(2)尽管安培力是自由电荷定向移动时受到的洛伦兹力的宏观表现，但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合力，只有当导体静止时才能这样认为.(3)洛伦兹力恒不做功，但安培力却可以做功.可见安培力与洛伦兹力既有联系，也有区别.3.洛伦兹力与电场力的比较【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，洛伦兹力最大

7、；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.【典例2】如图所示，表面粗糙的斜面固定于地面上，并处于方向垂直纸面向外、强度为B的匀强磁场中.质量为m、带电量为+Q的小滑块从斜面顶端由静止下滑.在滑块下滑的过程中，下列判断正确的是( )A.滑块受到的摩擦力不变B.滑块到达地面时的动能与B的大小无关C.滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下D.B很大时，滑块可能静止于斜面上【解题指导】求解此题应把握以下三点：关键点【标准解答】选C.根据左手定则可知，滑块受到垂直斜面向下的洛伦兹力，C对.随着滑块速度的变化，洛伦兹力大小变化，它对斜面的压力大小发生变化，

8、故滑块受到的摩擦力大小变化，A错.B越大，滑块受到的洛伦兹力越大，受到的摩擦力也越大，摩擦力做功越多，据动能定理，滑块到达地面时的动能就越小，B错.由于开始时滑块不受洛伦兹力就能下滑，故B再大，滑块也不可能静止在斜面上，D错.【规律方法】 洛伦兹力作用下的变加速运动问题(1)注意受力情况和运动情况的分析.带电物体在磁场中速度变化时洛伦兹力的大小随之变化，并进一步导致压力、摩擦力的变化,物体在变力作用下将做变加速运动.(2)注意临界状态的分析.当摩擦力与引起物体运动的外力平衡时，物体将处于平衡状态；当洛伦兹力增大使物体与接触面的压力为零时，物体将要离开接触面.【变式训练】如图所示，甲是一个带正电

9、的小物块，乙是一个不带电的绝缘物块，甲、乙叠放在一起静止于粗糙的水平地板上，地板上方空间有水平方向的匀强磁场.现用水平恒力F拉乙物块，使甲、乙无相对滑动地一起水平向左加速运动.在加速运动阶段( )A.地面对乙物块的摩擦力逐渐减小B.甲、乙两物块的加速度逐渐增大C.乙对甲的摩擦力逐渐增大D.甲对乙的摩擦力逐渐减小【解析】选D.甲、乙无相对滑动地一起水平向左加速运动时，甲所受洛伦兹力逐渐增大，所以乙对地面的压力逐渐增大，由f=N知，乙物块与地板之间的摩擦力不断增大，所以A错误;由F-f=(m甲+m乙)a，可知a逐渐减小，又由f甲乙f乙甲=m甲a可知f甲乙逐渐减小，B、C错误，D正确.【典例】如图所

10、示，绝缘劈两斜面光滑且足够长，它们的倾角分别为、()，处在垂直纸面向里的匀强磁场中，将质量相等，带等量异种电荷的小球A和B同时从两斜面的顶端由静止释放，不考虑两电荷之间的库仑力，则( )A.在斜面上两球做匀加速运动，且aAaBB.在斜面上两球都做变加速运动C.两球沿斜面运动的最大位移sAsBD.两球沿斜面运动的时间tAtB【解题指导】解答本题应明确以下两点：关键点【标准解答】选A、D.小球A、B在沿斜面方向受力FA=mgsin，FB=mgsin,所以aA=gsin，aB=gsin,小球都做匀加速运动，因sinsin.aAvB，结合运动学公式：v=at，v2=2as可知C错误，D正确.关于安培力

11、和洛伦兹力，下列说法正确的是( )A.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，也不能改变带电粒子的运动状态【错误案例】安培力与洛伦兹力【正确解答】选B.安培力和洛伦兹力都是磁场力，A错误.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观表现，它虽然对引起电流的定向移动的电荷不做功，但对导线是可以做功的，B正确.电荷运动方向与磁感线方向在同一直线上时，运动电荷不受洛伦兹力作用，而此处磁感应强度不为零，C错误.洛伦兹力不改

12、变带电粒子的速度大小，但改变速度的方向，D错误.【易错分析】本题易错选项及错误原因分析如下：1.借助阴极射线管，我们看到的是( )A每个电子的运动轨迹B所有电子整体的运动轨迹 C看到的是真实的电子D看到的是错误的假象【解析】选B.电子很小，我们的肉眼不能直接看到，C错，阴极射线管同时发出大量的电子，也就是说，是一束电子，看到的是整束电子的偏转情况，也就是轨迹，A、D错，B对.2.两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，两粒子质量之比为14，电量之比为12，则两带电粒子受洛伦兹力之比为( )A.21 B.11 C.12 D.14【解析】选C.带电粒子的速度方向与磁感线方向垂直时，

13、洛伦兹力F=qvB.与电荷量成正比，与质量无关，C项正确.3.汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子.如图所示，把电子射线管（阴极射线管）放在蹄形磁铁的两极之间，可以观察到电子束偏转的方向是( )A向上 B向下 C向左 D向右【解析】选B.电子束由负极向正极运动，带负电，电子束运动范围内的磁场由N极指向S极，根据左手定则可知，洛伦兹力方向向下.4.有关电荷受电场力和洛伦兹力的说法中，正确的是( )A.电荷在磁场中一定受磁场力的作用B.电荷在电场中一定受电场力的作用C.电荷受电场力的方向与该处电场方向垂直D.电荷若受磁场力，则受力方向与该处磁场方向垂直【解析】选B、D.电荷在电场中一定受电场力作用，但在磁场中，只有电荷运动并且运动方向与磁场方向不平行时才受磁场力作用，A错、B对.电荷受电