洛伦兹力+2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第二册

第一章

磁场对电流的作用

教科版选择性必修二教学课件第三节

洛伦兹力目录CONTANTS导入与目标01新课讲解02课堂练习03课堂小结04导入与目标第一部分新课导入到北极看极光，这是目前出境旅游的一个热门项目。为什么北极附近会出现这种奇异的光芒?下面我们通过实验来探索这种现象的内在机理。素养目标这节课学什么？1.通过实验认识洛伦兹力。2.知道洛伦兹力与安培力之间的关系,能推导出洛伦兹力的计算公式。3.能判断洛伦兹力的方向,会计算它的大小。新课讲解第二部分新课讲解一、初识洛伦兹力1.阴极射线管实验（1）阴极射线管的结构一个阴极射线管的两个电极之间加上高电压后，就会在旁边的荧屏上看到一条亮线。它是电子在高电压的作用下加速运动射到荧光屏上引起的，显示出了电子运动的路径。当把一根条形磁体的N极放到阴极射线管的近旁时，你会看到什么现象?把磁体的极性调换一下，用条形磁体的另一个磁极放到阴极射线管的近旁，你又看到了什么现象?新课讲解阴极射线管接高压电源时，阴极会发射电子，电子通过狭缝后形成一个扁平的电子束，电子束掠射到荧光板上，显示出电子束的径迹新课讲解观察电子束在磁场中受力偏转磁场对通电导线有作用力，对运动电荷也有力的作用。新课讲解现象：当N极在纸面朝外靠近电子束时，电子束向下偏转当S极在纸面朝外靠近电子束时，电子束向上偏转没有磁场时，电子束呈一条直线。如果在电子束的路径上施加磁场，电子束的径迹会发生弯曲。改变磁场方向，电子束会反向弯曲。结论：1.磁场对运动电荷有力的作用2.磁场对运动电荷作用力的方向与磁场的方向有关-+N新课讲解2.洛伦兹力：洛伦兹（1853─1928）（2）洛伦兹力与安培力的关系：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（1）定义：运动电荷在磁场中受到的力，称为洛伦兹力。安培力洛伦兹力磁场对电流的作用磁场对运动电荷的作用因果宏观表现微观解释新课讲解二、洛伦兹力的方向励磁线圈电子枪加速电压选择挡洛伦兹力演示仪洛伦兹力演示仪示意图玻璃泡内的电子枪发射出阴极射线，使泡内的低压惰性气体发出辉光，这样便可显示出电子的轨迹。新课讲解1.运动电荷在磁场中的轨迹不加磁场，电子束的轨迹是一条直线加磁场，电子束的轨迹是为圆电子受到的洛伦兹力的方向与电子运动方向垂直，也与磁场方向垂直。新课讲解2.洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向的判断：左手定则伸开左手，使拇指和其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向，这时拇指所指的方向就是该电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。负电荷所受力的方向与正电荷所受力的方向相反。即四指指向要和负电荷运动方向相反新课讲解3.关于洛伦兹力的说明：①洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面。洛伦兹力永远与速度方向垂直。②洛伦兹力对电荷不做功。③洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小。思考：洛伦兹力对电荷只起向心力的作用，故只在洛伦兹力的作用下，电荷将做什么运动？——匀速圆周运动。新课讲解三、洛伦兹力的大小安培力与洛伦兹力的关系

安培力是洛伦兹力的宏观体现，洛伦兹力是安培力的微观描述。如何由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式?新课讲解如图所示。截取一段长度l的导线，设导线横截面积为S，单位体积中含有的自由电子数为n，每个自由电子的电荷量为q，定向移动的平均速率为v，垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中。（1）通电导线所受安培力的方向如何？（2）这段导线所受到的安培力大小？（3）每个自由电子所受到的洛伦兹力为多少？新课讲解

新课讲解vBF+（1）当电荷运动的方向与磁场方向垂直时（v⊥B）：F洛＝qvB1.洛伦兹力的计算公式若带电粒子不垂直射入磁场，电子受到的洛伦兹力？上式中各量的单位：F洛为N，q为C，v为m/s，B为T新课讲解（2）当电荷运动的方向与磁场方向的夹角为θ：

为B和v之间的夹角vB11B┴vvv11┴新课讲解F＝qvBsinθ，θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角：①当θ＝90°时，v⊥B，sinθ＝1，F＝qvB，即运动方向与磁场垂直时，洛伦兹力最大。②当v∥B时，θ＝0°，sinθ＝0，F＝0，即运动方向与磁场平行时，不受洛伦兹力。③当电荷静止于磁场中时（v=0）:

F洛＝0(即静止电荷不受洛伦兹力)vv新课讲解

重力不计，电荷在磁场中只受洛伦兹力

洛伦兹力的方向始终与运动方向垂直，说明洛伦兹力对电荷不做功，则电荷的速度大小不变，根据以上，得知：电荷做匀速圆周运动洛伦兹力大小不变，

且洛伦兹力提供向心力。电荷做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供

四、带电粒子在匀强磁场中的运动新课讲解

电荷做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供

周期跟轨道半径和运动速度无关新课讲解原理图

带电粒子的质量、电荷量的大小、正负不作为通过条件。拓展1：速度选择器新课讲解拓展2：磁流体发电机原理图

等离子体

稳定时的电压大小为U=Bdv(d:板间距；v:离子的速率)课堂练习第三部分课堂练习1.地球的周围存在地磁场，能有效地改变射向地球的宇宙射线方向，使它们不能到达地面，从而保护地球上的生命。假设有一束带负电的宇宙射线粒子垂直于地面向赤道射来(如图，地球由西向东转，虚线表示地球自转轴，上方为地理北极),不考虑粒子受到的其他力的作用，只在地磁场的作用下，粒子在进入地球周围的空间时，其偏转方向以及速度大小的变化情况是()A.相对于预定地点向西偏转，速度大小不变B.相对于预定地点向西偏转，速度变大C.相对于预定地点向东偏转，速度大小不变D.相对于预定地点向东偏转，速度变大课堂练习1.答案：A解析：地理北极为地磁南极，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所受力的方向向西，所以粒子将向西偏转，而洛伦兹力一定垂直于速度，不做功，故不改变速度大小，故选A。课堂练习2.下图中分别标明了带电粒子的速度v、匀强电场的方向为平行纸面方向，电场强度为E。匀强磁场的方向为垂直纸面方向，磁感应强度B。粒子带正电，不计粒子重力。则下列四种情况中对运动情况判断正确的是()A.粒子将做匀加速直线运动B.粒子可能做类平抛运动C.粒子可能做匀速圆周运动D.粒子可能做匀速直线运动课堂练习2.答案：D解析：A.由于粒子带正电，则粒子受到的电场力水平向右，根据左手定则可知粒子受到的洛伦兹力竖直向下与电场力垂直，故粒子不可能做匀加速直线运动，故A不对；B.由于粒子带正电，则粒子受到的电场力水平向右，根据左手定则可知粒子受到的洛伦兹力水平向右，由于速度变化洛伦兹力也随之变化，两者的合力是变力，则粒子不可能做类平抛运动，故B不对；C.由于粒子带正电，则粒子受到的电场力水平向右，根据左手定则可知粒子受到的洛伦兹力竖直向上，则粒子不可能做匀速圆周运动，故C不对；D.由于粒子带正电，则粒子受到的电场力水平向右，根据左手定则可知粒子受到的洛伦兹力水平向左，当这两个力的大小相等时，则粒子所受合力为零，即粒子可能做匀速直线运动，故D对。课堂练习3.如图所示，在空间内存在垂直于纸面向里的匀强磁场，一个点电荷固定在磁场中的O点，另一个带负电的粒子(不计重力)在水平面内恰好做匀速圆周运动。粒子在图示位置时，突然撤去匀强磁场，用实线表示撤去匀强磁场之前粒子的运动轨迹，用虚线表示撤去匀强磁场之后粒子的运动轨迹，则粒子的运动轨迹可能正确的是()课堂练习3.答案：B解析：粒子带负电，根据左手定则可知洛伦兹力背离圆心，则点电荷一定带正电，此时洛伦兹力的大小一定小于库仑力，且O点在实线轨迹的圆心处；若突然撤去匀强磁场，运动粒子不再受到洛伦