2022-2023学年人教版选择性必修第二册 第一章 第2节　磁场对运动电荷的作用力 学案

1、第2节磁场对运动电荷的作用力1学会用左手定则判断洛伦兹力的方向。2.掌握洛伦兹力的公式，会计算洛伦兹力的大小。3.知道电视显像管的基本构造及工作原理。eq avs4al(一、洛伦兹力的方向)1填一填(1)洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的力。(2)实验观察抽成真空的玻璃管左右两个电极分别连接到高压电源两极上，阴极发射的电子向阳极加速运动。没有加磁场时，电子束呈一条直线。加上磁场时，电子束的径迹发生弯曲。改变磁场方向，电子束会向相反方向弯曲。(3)洛伦兹力方向的判断左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向正电荷运动的方向，这时拇

2、指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反。2判一判(1)正电荷所受的洛伦兹力的方向与磁场方向相同。()(2)判断电荷所受洛伦兹力的方向时，应同时考虑电荷的电性。()(3)以相同方向射入匀强磁场的粒子，负电荷受洛伦兹力的方向与正电荷受洛伦兹力的方向相反。()3想一想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

3、兹力的宏观表现。eq avs4al(二、洛伦兹力的大小)1填一填(1)洛伦兹力公式的推导设导体中单位体积内自由电荷数为n，每一电荷电荷量为q，则长度为vt的导体内自由电荷总数NSvtn导体所受安培力F安IvtB导体的电流强度InqSv每个电荷所受的洛伦兹力F洛eq f(F安,N)eq f(nqSvvtB,Svtn)qvB(2)洛伦兹力的大小电荷量为q的粒子以速度v运动时，如果速度方向与磁感应强度B的方向垂直，则FqvB。当电荷运动的方向与磁场的方向夹角为时，FqvBsin 。当电荷沿磁场方向运动(即0或vB)时，F0。2判一判(1)若电荷的速度方向与磁场方向平行，电荷不受洛伦兹力。()(2)同

4、一电荷进入磁场的速度不同，所受洛伦兹力一定不同。()(3)同一电荷以同样大小的速度垂直于磁场方向运动时，所受的洛伦兹力最大。()3选一选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，电荷量之比为12，则两带电粒子受洛伦兹力之比为()A21B11C12 D14解析：选C带电粒子的速度方向与磁感线方向垂直时，洛伦兹力FqvB，与电荷量成正比，与质量无关，C项正确。eq avs4al(三、电子束的磁偏转)1填一填(1)显像管的构造：如图所示，由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成。(2)显像管的原理电子枪发射电子。电子束在磁场中偏转。荧光屏被电子束撞击发光。(3)扫描：在偏转

5、区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化，使得电子束打在荧光屏上的光点从上向下、从左向右不断移动。2判一判(1)电子枪的作用是能发射高速电子束。()(2)显像管中偏转线圈中的电流恒定不变时，电子打在屏上的光点是不动的。()(3)要使打在屏上的光点在全屏上移动，所加的偏转磁场必须是沿水平方向，大小和方向在不断变化。()3想一想显像管工作时，电子束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。洛伦兹力方向的判断学透用活1决定洛伦兹力方向的三个因素

6、：电荷的正负、速度方向、磁感应强度的方向。2洛伦兹力的方向总是与电荷运动的方向和磁场方向垂直，即洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁场方向确定的平面。即F、B、v三个量的方向关系是：FB，Fv，但B与v不一定垂直。3当电荷运动方向发生变化时，洛伦兹力的方向也随之变化。4用左手定则判定负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力时，应注意将四指指向负电荷运动的反方向。典例1试判断图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向，其中垂直于纸面指向纸里的是()解析根据左手定则可以判断，选项A中的负电荷所受的洛伦兹力方向向下；选项B中的负电荷所受的洛伦兹力方向向上；选项C中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于

7、纸面指向纸外；选项D中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸里，D正确。答案D易错警示判断洛伦兹力方向时的易错点(1)注意电荷的正负，尤其是判断负电荷所受洛伦兹力方向时，四指应指向负电荷运动的反方向。(2)洛伦兹力的方向一定垂直于B和v所决定的平面。对点练清1在下列四个选项中，正确标明了带正电粒子所受洛伦兹力F方向的是()解析：选D根据左手定则可知，A项中洛伦兹力方向应该垂直纸面向里，故A错误；B项中洛伦兹力方向应该是垂直纸面向外，故B错误；C项中洛伦兹力方向应该竖直向下，故C错误；D项中洛伦兹力方向应该竖直向上，故D正确。2.一束混合粒子流从一发射源射出后，进入如图所示的磁场，分离为1、

8、2、3三束粒子流，则下列选项不正确的是()A1带正电B1带负电C2不带电 D3带负电解析：选B根据左手定则，带正电的粒子向左偏，即粒子1；不偏转说明不带电，即粒子2；带负电的粒子向右偏，说明是粒子3，故选项B不正确。3在阴极射线管中电子流方向由左向右，其上方放置一根通有如图所示电流的直导线，导线与阴极射线管平行，则阴极射线将会()A向上偏转 B向下偏转C向纸内偏转 D向纸外偏转解析：选B由题意可知，直线电流的方向由左向右，根据安培定则，可判定直导线下方的磁场方向为垂直纸面向里，而阴极射线管中电子运动方向由左向右，由左手定则知(电子带负电，四指要指向其运动方向的反方向)，阴极射线将向下偏转，B正

9、确。洛伦兹力的理解与计算学透用活1洛伦兹力与安培力的比较联系区别(1)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(2)大小关系：F安NF洛(N是导体中定向运动的电荷数) (3)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(1)洛伦兹力是指单个运动的带电粒子所受到的磁场力，而安培力是指通电导线(即大量带电粒子)所受到的磁场力(2)洛伦兹力永不做功，而安培力可以做功2洛伦兹力与电场力的比较比较项目洛伦兹力电场力性质磁场对在其中运动电荷的作用力电场对放入其中电荷的作用力产生条件v0且v不与B平行电场中的电荷一定受到电场力作用大小FqvB(vB)FqE力方向与场方向的关系一

10、定是FB，Fv正电荷与电场方向相同，负电荷与电场方向相反做功情况任何情况下都不做功可能做正功、负功、或不做功力F为零时场的情况F为零，B不一定为零F为零，E一定为零作用效果只改变电荷运动的速度方向，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典例2在以下的各图中，匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均为v，带电荷量均为q。试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小。解析(1)因vB，所以FqvB。(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，vvsin 30，FqvBsin 30eq f(1,2)qvB。(3)由于v与B平行，所以不受洛伦兹力。(4

11、)v与B垂直，FqvB。答案(1)qvB(2)eq f(1,2)qvB(3)不受洛伦兹力(4)qvB对点练清1关于安培力和洛伦兹力，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解析：选B安培力和洛伦兹力都是磁场力，A错误；洛伦兹力方向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，但对导线可以做功，B正确；电荷的运动方向与磁感线方向在一条直线

12、上时，洛伦兹力为零，但B不为零，C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，D错误。2关于电荷所受电场力和洛伦兹力，正确的说法是()A电荷在磁场中一定受洛伦兹力作用B电荷在电场中一定受电场力作用C电荷所受的电场力一定与该处电场方向一致D电荷所受的洛伦兹力不一定与磁场方向垂直解析：选B当电荷的运动方向与磁场方向平行，则电荷不受洛伦兹力，故A错误。电荷在电场中一定受到电场力作用，故B正确。正电荷所受电场力一定与该处电场方向一致，负电荷所受电场力一定与该处电场方向相反，故C错误。电荷所受的洛伦兹力一定与磁场方向垂直，故D错误。3.如图所示，M、N和P是以MN为直径的半圆弧上的三点，O

13、为半圆弧的圆心，在O点存在垂直纸面向里运动的匀速电子束。MOP60，在M、N处各有一长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图所示，这时O点处的电子受到的洛伦兹力大小为F1。若将M处长直导线移至P处，则O点处的电子受到的洛伦兹力大小为F2，那么F2与F1之比为()A.eq r(3)1 B.eq r(3)2C11 D12解析：选B设M、N处的长直导线在O点产生磁场的合磁感应强度大小为B1，由安培定则可知每根导线在O点处产生的磁感应强度大小为eq f(1,2)B1，方向竖直向下，则电子在O点处受到的洛伦兹力为F1evB1；当M处的长直导线移到P处时，O点处的合磁感应强度大小为B2

14、2eq f(1,2)B1cos 30eq f(r(3),2)B1，则电子在O点处受到的洛伦兹力为F2evB2eq f(r(3),2)evB1，所以，F2与F1之比为eq r(3)2。故选项B正确。带电体在洛伦兹力作用下的运动学透用活典例3如图，光滑半圆形轨道与光滑斜面轨道在D处平滑连接，前者置于水平向外的匀强磁场中，有一带正电小球从A处静止释放，且能沿轨道运动，并恰能通过半圆形轨道最高点C。现若撤去磁场，使小球从静止释放仍能恰好通过半圆形轨道最高点，则释放高度H与原释放高度H的关系是( )AHH BHHCHH D无法确定解析有磁场时，小球恰好通过最高点，有：mgqvBmeq f(voal(2,

15、1),R)，无磁场时，小球恰好通过最高点，有：mgmeq f(voal(2,2),R)，由两式可知v2v1。根据动能定理，由于洛伦兹力和支持力不做功，都是只有重力做功，mg(h2R)eq f(1,2)mv2可知，HH，故C正确。答案C规律方法与洛伦兹力相关的带电体问题的分析思路正确进行受力分析，当带电体的速率v变化时，洛伦兹力的大小F随之改变，因此带电体在运动过程中的受力情况是动态变化的。洛伦兹力F的变化影响带电体所受的合力，合力变化又引起加速度变化，加速度变化又影响速度变化。(1)确定带电体的运动状态，注意运动情况和受力情况的结合。(2)灵活选择不同的运动规律。当带电体在复合场中做匀速直线运

16、动时，粒子受力必然平衡，由平衡条件列方程求解。对于临界问题，注意挖掘隐含条件。对点练清1每时每刻都有大量带电的宇宙射线向地球射来，地球磁场可以有效地改变这些射线中大多数带电粒子的运动方向，使它们不能到达地面，这对地球上的生命有十分重要的意义。假设有一个带负电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来，在地磁场的作用下，它将()A向东偏转B向南偏转C向西偏转 D向北偏转解析：选C地球的磁场由南向北，当带负电的宇宙射线粒子垂直于地面向赤道射来时，根据左手定则可以判断粒子的受力的方向为向西，所以粒子将向西偏转，选项C正确。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、磁感应强度为B的匀

17、强磁场中。质量为m、带电荷量为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DB很大时，滑块可能静止于斜面上解析：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，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，根据动能定理，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。3多选如图甲

18、所示，某空间存在着足够大的匀强磁场，磁场沿水平方向。磁场中有A、B两个物块叠放在一起，置于光滑水平面上。物块A带正电，物块B不带电且表面绝缘。在t0时刻，水平恒力F作用在物块B上，物块A、B由静止开始做加速度相同的运动。在物块A、B一起运动的过程中，图乙反映的可能是()A物块A所受洛伦兹力大小随时间t变化的关系B物块A对物块B的摩擦力大小随时间t变化的关系C物块A对物块B的压力大小随时间t变化的关系D物块B对地面压力大小随时间t变化的关系解析：选CD物块A受到的洛伦兹力F洛qvBqBat，t0时，F洛0，选项A错误；物块A对B的摩擦力大小FfmAa，所以Ff随时间t的变化保持不变，选项B错误；A