高中物理 第三章 磁场 第五节 研究洛伦兹力学案 粤教版选修3-1-粤教版高中选修3-1物理学案VIP免费

第五节研究洛伦兹力[学科素养与目标要求]物理观念：1.知道什么是洛伦兹力.2.知道洛伦兹力公式及洛伦兹力做功的特点．科学思维：1.会用左手定则判断洛伦兹力的方向.2.掌握洛伦兹力的推导过程，会计算洛伦兹力的大小.3.会分析洛伦兹力作用下带电体的运动．一、洛伦兹力的方向1．洛伦兹力：运动电荷在磁场中所受的力．2．洛伦兹力的方向：(1)左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，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．运动的负电荷受力的方向与相同方向运动的正电荷受力的方向相反．(2)特点：洛伦兹力的方向与电荷运动方向和磁场方向都垂直，洛伦兹力只改变带电粒子的速度的方向，不改变速度的大小，对电荷不做功(选填“做功”或“不做功”)．二、洛伦兹力的大小1.洛伦兹力公式的推导：设有一段长为l的通电导线(如图1)，横截面积为S，单位体积内含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，电荷定向移动的平均速度为v，垂直放入磁感应强度为B的匀强磁场中．导体所受安培力F＝BIl导体中的电流I＝nqvS导体中的自由电荷总数N＝nSl由以上各式可推得，每个电荷所受洛伦兹力的大小f＝＝qvB.图12．公式：f＝qvB.3．适用条件：电荷运动方向与磁场方向垂直．1．判断下列说法的正误．(1)运动电荷在磁场中一定受洛伦兹力．(×)(2)同一电荷，以相同大小的速度进入磁场，速度方向不同时，洛伦兹力的大小也可能相同．(√)(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．(√)(4)洛伦兹力同电场力一样，可对运动电荷做正功或负功．(×)(5)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．(√)2.阴极射线管中电子流向由左向右，其上方放置一根通有如图2所示电流的直导线，导线与阴极射线管平行，则阴极射线将向________偏转．图2答案下一、洛伦兹力的方向如图所示，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：(1)什么力使电子向下偏转？该力的方向如何？(2)电子运动轨迹附近的磁场方向如何？电子所受洛伦兹力与磁场方向、电子运动方向存在什么关系？答案(1)洛伦兹力向下(2)磁场方向向里电子所受洛伦兹力与磁场方向垂直，与电子运动方向垂直，满足左手定则1．决定洛伦兹力方向的三个因素：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：f⊥B，f⊥v，但B与v不一定垂直．3．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．例1如图所示，一带负电的粒子(不计重力)进入磁场中，图中的磁场方向、速度方向及带电粒子所受的洛伦兹力方向标示正确的是()答案C解析A、C图中带负电的粒子向右运动，掌心向外，四指所指的方向向左，大拇指所指的方向是向下，故选项A错误，C正确．B图中带负电粒子的运动方向与磁感线平行，此时不受洛伦兹力的作用，选项B错误．D图中带负电的粒子向上运动，掌心向里，四指应向下，大拇指的方向向左，选项D错误．例2(2015·海南单科)如图3所示，a是竖直平面P上的一点，P前有一条形磁铁垂直于P，且S极朝向a点，P后一电子在偏转线圈和条形磁铁的磁场的共同作用下，在水平面内向右弯曲经过a点．在电子经过a点的瞬间，条形磁铁的磁场对该电子的作用力的方向()图3A．向上B．向下C．向左D．向右答案A解析条形磁铁的磁感线在a点垂直P向外，电子在条形磁铁的磁场中向右运动，由左手定则可得电子所受洛伦兹力的方向向上，A正确．[学科素养]例1、例2用左手定则来判断洛伦兹力的方向，这是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系进行分析的过程，体现了“科学思维”的学科素养．二、洛伦兹力的大小1．洛伦兹力公式的推导如图4所示，磁场的磁感应强度为B.设磁场中有一段长度为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且定向运动的速率都是v.图4则：导体中的电流I＝nqvS...