磁场对运动电荷的作用洛伦兹力.doc

4.磁场对运动电荷的作用——洛伦兹力
学习目标知识脉络1.通过实验探究，知道磁场对运动电荷有力的作用，知道什么是洛伦兹力．(重点)
2．知道洛伦兹力与安培力之间的关系，能从安培力的计算公式推导出洛伦兹力的计算公式．(难点)
3．能用洛伦兹力的计算公式计算洛伦兹力的大小，会用左手定则判断洛伦兹力的方向．(重点)
4．掌握带电粒子在磁场中运动的规律，并能解答有关问题．(重点、难点)洛伦兹力eq\a\vs4\al([先填空])
1．洛伦兹力
(1)定义：运动电荷在磁场中受到的磁场力．
(2)与安培力的关系：静止的通电导线在磁场中所受的安培力在数值上等于大量定向运动电荷受到的洛伦兹力的总和．
2．洛伦兹力的方向
(1)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；让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向，这时拇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)洛伦兹力方向的特点：F洛⊥B，F洛⊥v，即F洛垂直于B和v所决定的平面．
3．洛伦兹力的大小
当速度方向和磁感应强度方向分别满足以下几种情况，洛伦兹力的大小：
(1)当v与B成θ角时：F洛＝qvBsin_θ.
(2)当v⊥B时：F洛＝qvB.
(3)当v∥B时：F洛＝0.
eq\a\vs4\al([再判断])
1．电荷垂直磁场运动时，洛伦兹力最小，平行磁场运动时洛伦兹力最大．(×)
2．洛伦兹力始终与带电粒子的运动方向垂直，故洛伦兹力永远不做功．(√)
3．洛伦兹力在匀强磁场中一般是变力，而电场力在匀强电场中是恒力．(√)
eq\a\vs4\al([后思考])
如图3­4­1所示，电子由阴极向阳极运动(向右运动)过程中发生了向下偏转，试问：
图3­4­1
什么力使电子在运动过程中向下偏转？该力的方向由什么因素决定？
【提示】洛伦兹力使电子向下偏转．该力的方向由磁场方向和电子运动的方向决定．
eq\a\vs4\al([合作探讨])
如图3­4­2所示，电荷q以速度v进入匀强磁场中，当它的速度方向与磁场方向的夹角为θ时：
(1)电荷所受的洛伦兹力是qvB吗？
(2)若不是，洛伦兹力应该多大？怎样求得的？
图3­4­2
【提示】(1)不是．
(2)f＝qvBsinθ，可以将速度v分解，求出垂直于磁场方向的分速度．
eq\a\vs4\al([核心点击])
1．洛伦兹力与安培力的区别和联系
(1)区别：①洛伦兹力是指单个运动带电粒子所受的磁场力，而安培力是指通电直导线所受到的磁场力．
②洛伦兹力永远不做功，而安培力可以做功．
(2)联系：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均可用左手定则进行判断．
2．洛伦兹力的计算公式：F＝qvBsinθ(θ为v与B的夹角)
(1)当v＝0时，F＝0，即静止电荷在磁场中受到的作用力一定为0.
(2)当θ＝0°或θ＝180°时，F＝0，即带电粒子的运动方向与磁场方向互相平行时，不受洛伦兹力．
(3)当θ＝90°时，F＝qvB，此时洛伦兹力最大．
如图3­4­3所示，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，所带电荷量均为q，试求出各图中带电粒子所受洛伦兹力的大小，并标出甲、丁洛伦兹力的方向．
图3­4­3
【解析】甲：因为v与B垂直，所以F＝qvB，方向与v垂直斜向左上方，如图a.
乙：v与B的夹角为30°，v取与B的垂直分量，则F＝qvBsin30°＝eq\f(1,2)qvB.
丙：由于v与B平行，所以带电粒子不受洛伦兹力．
丁：因为v与B垂直，所以F＝qvB，方向与v垂直斜向左上方，如图b.
【答案】见解析
[迁移1]如图所示是磁感应强度B、正电荷速度v和磁场对电荷的作用力F三者方向的相互关系图(其中B，F，v两两垂直)．其中正确的是()
【导学号：96322066】
【解析】此题主要考查左手定则及立体图像的辨认，利用左手定则可判断出D是正确的．
【答案】D
[迁移2]初速度为v0的电子，沿平行于通电长直导线的方向射出，直导线中电流方向与电子的初始运动方向如图3­4­4所示，则()
图3­4­4
A．电子将向右偏转，速率不变
B．电子将向左偏转，速率改变
C．电子将向左偏转，速率不变
D．电子将向右偏转，速率改变
【解析】由右手定则判定直线电流右侧磁场的方向垂直纸面向里，再根据左手定则判定电子所受洛伦兹力偏离电流，由于洛伦兹力不做功，电子动能不变．
【答案】A
判断洛伦兹力方向的三个易错点
(1)电荷的正负：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，与判断正电荷受力时的四指指向相反．