高中物理 第5章 磁场与回旋加速器 5 探究洛伦兹力学案 沪科版选修3-1-沪科版高中选修3-1物理学案VIP专享VIP免费

探究洛伦兹力1.了解磁场对运动电荷有力的作用，知道什么是洛伦兹力.2.会用左手定则判断洛伦兹力的方向，会用公式f＝qvB计算洛伦兹力的大小.(重点)3.知道带电粒子在磁场中的运动轨迹，并会求其周期和半径.(重点、难点)一、洛伦兹力运动电荷在磁场中所受的磁场的作用力叫做洛伦兹力.通电导线所受到的安培力实际上是作用在运动电荷上的洛伦兹力的宏观表现Ｗ.二、洛伦兹力的方向和大小1.洛伦兹力的方向：用左手定则判定.(1)判定负电荷运动所受洛伦兹力的方向，应使四指指向负电荷运动的相反方向.(2)洛伦兹力的方向总是既垂直于电荷运动方向又垂直于磁场方向，即总是垂直于速度和磁场所决定的平面.但在这个平面内电荷运动方向和磁场方向却不一定垂直，当电荷运动方向与磁场方向不垂直时，应用左手定则不可能使四指指向电荷运动方向的同时让磁感线垂直穿入手心，这时只要磁感线从手心穿入即可.2.洛伦兹力的大小：f＝qvBＷ.若带电粒子的运动方向与磁场方向之间的夹角为θ时，f＝qvBsinθ.(1)判断点电荷所受洛伦兹力的方向时，四指应指向负电荷运动的方向.()(2)洛伦兹力对运动电荷不做功.()(3)带电粒子在磁场中运动时一定受到洛伦兹力的作用.()提示：(1)×(2)√(3)×三、研究带电粒子在磁场中的运动1.实验装置：洛伦兹力演示仪，如图所示.2.实验原理：玻璃泡内的电子枪(即阴极)发射出阴极射线，使泡内的低压水银蒸气发出辉光，这样就可显示出电子的轨迹.3.实验现象(1)当没有磁场作用时，电子的运动轨迹是直线Ｗ.(2)当电子垂直射入磁场时，电子的运动轨迹是曲线Ｗ.四、带电粒子的轨道半径和周期1.轨道半径：由qvB＝m知轨道半径r＝Ｗ.2.运动周期：T＝＝Ｗ.3.特点：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，它的轨道半径跟粒子的速率成正比，而运动周期跟轨道半径和运动速率无关Ｗ.洛伦兹力和安培力的关系学案导引1.带电粒子在磁场中一定受洛伦兹力吗？2.如何通过安培力推导洛伦兹力？1.洛伦兹力大小的推导如图所示，设有一段长度为L的通电导线，垂直放入磁感应强度为B的匀强磁场中，若通过导线的电流为I，则该导线所受的安培力为F安＝ILB．若导线的横截面积为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，定向移动速度为v，在时间t内通过截面的电荷量Q＝nSvtq.由电流强度的定义知I＝＝＝nSvq.这段导线内含有的自由电荷数为N＝nSL.整段导线所受的安培力F安可看做是作用在每个运动电荷上的洛伦兹力F的合力，即F安＝Nf.则每个自由电荷所受的洛伦兹力f的大小为f＝qvB．2.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洛伦兹力恒不做功，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一致，均可用左手定则进行判断.(1)洛伦兹力的方向始终与电荷的运动方向垂直，只改变速度的方向，不改变速度的大小.(2)虽然安培力是洛伦兹力的宏观表现，但也不能简单地认为安培力就等于所有定向移动的电荷所受洛伦兹力的和，只有当导体静止时，二者才相等.如图所示，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.[思路点拨]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°＝qvB，方向垂直纸面向里.丙：由于v与B平行，所以电荷不受洛伦兹力，f＝0.丁：v与B垂直，f＝qvB，方向与v垂直斜向上.[答案]见解析(1)洛伦兹力方向的判断与安培力一样，都是根据左手定则来判断的，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不一定垂直，当不垂直时，磁感线不再垂直穿过手心.③当运动电荷带负电时，四指应指向其运动的反方向.(2)利用f＝qvBsinθ计算f的大小时，必须明确θ的意义及大小.1.(多选)关于电荷在磁场中的受力，下列说法中...