高中物理 第三章 磁场 第四节 通电导线在磁场中受到的力课堂探究学案 新人教版选修3-1-新人教版高二选修3-1物理学案VIP免费

第四节通电导线在磁场中受到的力课堂探究探究一对洛伦兹力的理解·问题导引·来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某点，如图所示，思考：质子能沿直线射向赤道吗？提示：因为质子受到磁场的作用力，不会沿直线射向赤道．·名师精讲·1．对洛伦兹力的理解(1)对洛伦兹力方向的认识①三个决定洛伦兹力方向的因素：电荷的电性(正、负)、速度方向、磁感应强度的方向是决定洛伦兹力方向的三个要素．当电性一定时，其他两个因素决定洛伦兹力的方向，如果只让一个因素相反，则洛伦兹力方向必定相反；如果同时让两个因素相反，则洛伦兹力方向不变．②F、B、v三者方向间的关系：电荷运动方向和磁场方向间没有因果关系，两者关系是不确定的．电荷运动方向和磁场方向确定洛伦兹力方向，F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v所决定的平面．③洛伦兹力的特点：洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化．但无论怎样变化，洛伦兹力都与运动方向垂直，故洛伦兹力永不做功，它只改变电荷的运动方向，不改变电荷的速度大小．(2)对洛伦兹力大小的理解①只有运动电荷受洛伦兹力，静止电荷不受洛伦兹力．②电荷垂直磁场运动时，洛伦兹力最大，平行磁场运动时不受洛伦兹力．③推导：如图所示，直导线长为L，电流为I，导线中运动电荷数为n，横截面积为S，电荷的电荷量为q，运动速度为v，则安培力F＝ILB＝nF洛所以洛伦兹力F洛＝Fn＝ILBn因为I＝NqSv(N为单位体积的电荷数)1F洛＝NqSLBn＝NSLn·qvB，式中n＝NSL，故F洛＝qvB.上式为电荷垂直磁场方向运动时，电荷受到的洛伦兹力．若电荷运动方向与磁场方向夹角为θ，则洛伦兹力为F洛＝qvBsinθ.2．洛伦兹力与安培力的区别和联系洛伦兹力安培力区别洛伦兹力是指单个运动的带电粒子所受到的磁场力安培力是指通电直导线所受到的磁场力洛伦兹力不做功安培力可以做功联系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.特别提醒(1)应用左手定则时，当v与B不垂直时，洛伦兹力仍垂直于v、B决定的平面，但磁感线不一定垂直穿过掌心，磁感线方向一定与大拇指垂直，不一定与四指垂直．(2)判断安培力与洛伦兹力时都用左手，高中阶段判断其他现象时用到的都是右手，如判定感应电流的方向、判定磁场的方向等．【例1】在如图所示的各图中，匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均为v，电荷量均为q.试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小，并指出洛伦兹力的方向．点拨：应用左手定则判断洛伦兹力方向，根据公式F＝qv⊥B求洛伦兹力的大小．解析：(1)因为v⊥B，所以F＝qvB，方向与v垂直向左上方．(2)v与B的夹角为30°，将v分解成垂直磁场的分量和平行磁场的分量，v⊥＝vsin30°，F＝qvBsin30°＝12qvB，方向垂直纸面向里．(3)由于v与B平行，所以不受洛伦兹力．(4)v与B垂直，F＝qvB，方向与v垂直斜向上．答案：(1)qvB垂直v斜向左上方(2)12qvB垂直纸面向里(3)不受洛伦兹力(4)qvB垂直v斜向上题后反思(1)用左手定则判断洛伦兹力方向时，要特别注意运动电荷的正负，四指应指向正电荷运动的方向，或指向负电荷运动的反方向．(2)计算洛伦兹力的大小时，应注意弄清v与磁感应强度B的方向关系．当v⊥B时，洛伦兹力F＝qvB；当v∥B时，F＝0；当v与B成θ角(0＜θ＜90°)时，应将v(或B)进行分解取它们垂直的分量计算．探究二洛伦兹力与电场力的比较·问题导引·正电荷放在处于磁场中的绝缘水平面上，如图所示，观察图片，思考：2(1)未加磁场时电荷对水平面的压力多大？(2)加上如图所示的磁场后，欲使粒子对水平面的压力为零，则电荷该向哪移动？提示：未加磁场时电荷对水平面的压力大小等于重力大小；加上磁场后，当电荷向右运动时，对水平面的压力可以为零．·名师精讲·1．洛伦兹力与电场力的比较(1)这两种力均是带电粒子在不同场中受到的力，反映了磁场和电场都有力的性质，但这两种力的区别也是十分明显的．洛伦兹力静电力作用对象仅在运动电荷的速度方向与B不平行时，运动电荷才受洛伦兹力带电粒子只要处在电场中，一定受静电力大...