2018版高中物理第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

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1、第2节 磁场对运动电荷的作用学习目标知识脉络1.通过实验,探究磁场对运动电荷的作用力.(重点)2.知道什么是洛伦兹力,能计算洛伦兹力的大小,会判断洛伦兹力的方向.(重点)3.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)磁场对运动电荷有作用吗1.磁场对静止电荷的作用―→↓―→2.磁场对运动电荷的作用1.静止的带电粒子在磁场中也要受到磁场的作用.(×)2.带电粒子只要在磁场中运动,就一定会受到磁场的作用力.(×)电子流在磁场中偏转说明了什么问题?【提示】 磁场对运动电荷有力的作用.从安培力到洛伦兹力1.洛伦兹力(1)定义:磁场对运动电荷的作用

2、力.(2)与安培力的关系:安培力是大量运动电荷受到洛伦兹力的宏观表现.2.洛伦兹力的计算公式(1)如果带电粒子速度方向与磁感应强度方向垂直,f=qvB.(2)如果电荷运动的方向与磁场方向夹角为θ,f=qvBsin_θ.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.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.(√)

3、怎样判断负电荷在磁场中运动时受洛伦兹力的方向?【提示】 负电荷在磁场中受力的方向与正电荷受力的方向相反,利用左手定则时四指应指向负电荷运动的反方向.如图621所示,直导线长为L,导线中单位体积电荷数为n,横截面积为S,电荷的电量为q,运动速度为v,磁感应强度为B.图621探讨1:导线中的电流是多少?导线所受的安培力多大?【提示】 I=nqSv;F=BIL=nqSvBL.探讨2:每个自由电荷所受洛伦兹力是多少?【提示】 F洛===qvB.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

4、,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.1.(多选)下列说法正确的是(  )A.所有电荷在电场中都要受到电场力的作用B.所有电荷在磁场中都要受到洛

5、伦兹力的作用C.一切运动电荷在磁场中都要受到洛伦兹力的作用D.运动电荷在磁场中,只有当垂直于磁场方向的速度分量不为零时,才受到洛伦兹力的作用【解析】 电荷在电场中受电场力F=qE,不管运动还是静止都一样,故A对;电荷在磁场中的运动方向与磁场不平行时则一定受洛伦兹力作用.【答案】 AD2.关于带电粒子在匀强电场和匀强磁场中的运动,下列说法正确的是(  )A.带电粒子沿电场线射入,电场力对带电粒子做正功,粒子动能一定增加B.带电粒子垂直于电场线方向射入,电场力对带电粒子不做功,粒子动能不变C.带电粒子沿磁感线方向射入,洛伦兹力对带电粒子做正功,粒子动能一定不变D.不管带电粒子怎样进入

6、磁场,洛伦兹力对带电粒子都不做功,粒子动能不变【解析】 带电粒子在电场中受到的电场力F=qE,只与电场有关,与粒子的运动状态无关,功的正负由θ角(力与位移方向的夹角)决定,对选项A,只有粒子带正电时才成立,A错误.垂直射入匀强电场的带电粒子,不管带电性质如何,电场力都会做正功,动能增加,B错.带电粒子沿磁感线方向射入,不受洛伦兹力作用,粒子做匀速直线运动,洛伦兹力不做功,C错.不管带电粒子怎样进入磁场,由于洛伦兹力方向始终与速度方向垂直,故洛伦兹力对带电粒子始终不做功,粒子动能不变,D正确.【答案】 D3.关于电荷在磁场中的运动速度、磁场和电荷受到的洛伦兹力三者之间的方向关系,其

7、中正确的是(  )【解析】 根据左手定则,A中电荷所受洛伦兹力方向向下,A正确;B中电荷所受洛伦兹力方向向下,B错误;C中电荷运动方向与磁场方向平行,不受洛伦兹力,C错误;D中电荷所受洛伦兹力方向垂直纸面向外,D错误.【答案】 A4.如图622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,并标出洛伦兹力的方向.图622【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.乙:v与B的夹

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