高中物理 第6章 磁场对电流和运动电荷的作用 第2节 磁场对运动电荷的作用学案 鲁科版选修3-1-鲁科版高二选修3-1物理学案.doc

11第2节磁场对运动电荷的作用1.磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力。2．洛伦兹力的大小与运动电荷的电荷量、运动速度、磁感应强度有关公式为F＝Bqv。3．左手定则：伸开左手拇指与其余四指垂直且处于同一平面内让磁感线垂直穿过手心四指指向正电荷运动的方向那么拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。磁场对运动电荷的作用eq\a\vs4\al([自学教材])(1)当一带电通草球静止于磁场中时无论通草球带电多少及带何种电荷磁场方向如何改变通草球不受磁场的作用。这说明磁场对静止电荷无磁场力。(2)没有加外磁场时阴极射线管中的电子流沿直线运动。(3)把阴极射线管放入蹄形磁铁的磁场中时电子流的轨迹会发生偏转；若将磁场方向反转时电子流的弯曲方向也反转。(4)电子流在磁场中偏转说明磁场对运动电荷有力的作用。实验表明作用力的方向与电荷运动方向及磁场的方向有关。eq\a\vs4\al([重点诠释])(1)磁场对电荷有作用力的条件电荷对磁场有相对运动。磁场对与其相对静止的电荷不会产生洛伦兹力作用。(2)电荷的运动速度方向与磁场方向不平行。1．一个长螺线管中通有大小和方向都不断变化的电流把一个带电粒子沿管轴线射入管中若不计重力粒子将在管中()A．做圆周运动B．沿轴线来回运动C．做匀加速直线运动D．做匀速直线运动解析：由于粒子运动方向与磁场方向平行不受洛伦兹力故粒子做匀速直线运动。答案：D从安培力到洛伦兹力eq\a\vs4\al([自学教材])1．洛伦兹力(1)定义：磁场对运动电荷的作用力。(2)与安培力的关系：通电导线在磁场中受到安培力可以看成是大量运动电荷受到洛伦兹力的宏观表现。2．洛伦兹力的大小(1)公式：F＝qvB。(2)条件：电荷在垂直于磁场方向上运动。(3)推导：设有一段长度为l的通电导线横截面积为S单位体积中含有的自由电荷数为n每个自由电荷的电荷量为q定向移动的平均速度为v垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中。导线中的电流为I＝nqvS。导线所受安培力F′＝IlB＝nqvBlS。这段导线中含有的运动电荷数为nlS。所以F＝eq\f(F′nlS)＝qvB。(4)当运动电荷速度v的方向与磁感应强度B的夹角为θ时洛伦兹力的大小为F＝qBvsin_θ。3．洛伦兹力的方向判定——左手定则伸开左手拇指与其余四指垂直且处于同一平面内让磁感线垂直穿过手心四指指向正电荷运动的方向那么拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。eq\a\vs4\al([重点诠释])1．安培力和洛伦兹力的关系(1)大小关系：F安＝NF式中N是导体中定向移动的电荷数即导体所受安培力为导体内所有定向移动的电荷所受洛伦兹力的宏观表现。(2)方向关系：F方向与F安方向一致都用左手定则判断。(3)研究对象关系：一个带电粒子或微粒在磁场中运动受到的力是洛伦兹力大量微观粒子在磁场中定向移动(即电流)受到的力是安培力。2．洛伦兹力和电场力的比较洛伦兹力和电场力都是带电粒子在不同的场中受到的力反映了磁场和电场都有力的性质。但这两种力也有十分明显的区别。洛伦兹力电场力性质磁场对运动电荷的作用力电场对电荷的作用力产生条件在磁场中v≠0且v与B不平行在电场中与v无关大小F洛＝qvBsinθF电＝qE方向F洛⊥BF洛⊥v遵循左手定则F电总与E同向或反向与v方向无关作用效果F洛只改变v的方向不改变v的大小F电既可改变v的方向又可改变v的大小做功情况一定不做功可做正功可做负功也可以不做功2．有关洛伦兹力和安培力的描述正确的是()A．通电直导线在匀强磁场中一定受到安培力的作用B．安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现C．带电粒子在匀强磁场中运动受到的洛伦兹力做正功D．通电直导线在磁场中受到的安培力方向与磁场方向平行解析：导线与磁场平行时不受安培力A错。洛伦兹力始终与速度方向垂直不做功C错。通电导线所受安培力的方向与磁场垂直D错。答案：B洛伦兹力的判断[例1]如图6－2－1所示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并说明洛伦兹力的方向。图6－2－1[审题指导]解答本题时应把握以下两点：(1)应用F＝qvBsinθ求F大小时明确θ的意义。(2)应用左手定则判定F方向时明确电荷的电性。[解析]甲：因为v⊥B所以F＝qvB。方向与v垂直斜向上。乙：v与B的夹角为30°F＝qvBsin30°＝eq\f(12)qvB方向垂直纸面向里。丙：由于v与B平行电荷不受洛伦兹力F＝0。丁：v与B垂直F＝qvB方向与v垂直斜向上。[答案]见解析借题发挥(1)洛伦兹力方向与安培力方向一样都根据左手定则判断但应注意以下三点：①洛伦兹力必垂直于v、B方向决定的平面。②v与B不