2018版高中物理 第6章 磁場對電流和運動電荷的作用 第2節(jié) 磁場對運動電荷的作用學案 魯科版選修3-1

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1、 第2節(jié)　磁場對運動電荷的作用 學 習 目 標 知 識 脈 絡(luò) 1.通過實驗，探究磁場對運動電荷的作用力．(重點) 2.知道什么是洛倫茲力，能計算洛倫茲力的大小，會判斷洛倫茲力的方向．(重點) 3.知道洛倫茲力與安培力之間的關(guān)系，能從安培力的計算公式推導出洛倫茲力的計算公式．(難點) 磁 場 對 運 動 電 荷 有 作 用 嗎 1．磁場對靜止電荷的作用 ―→ ↓ ―→ 2．磁場對運動電荷的作用 1．靜止的帶電粒子在磁場中也要受到磁場的作用．(×) 2．帶電粒子只要在磁場中運動，就一定會受到磁場的作用力．(×) 電子流

2、在磁場中偏轉(zhuǎn)說明了什么問題？ 【提示】　磁場對運動電荷有力的作用． 從 安 培 力 到 洛 倫 茲 力 1．洛倫茲力 (1)定義：磁場對運動電荷的作用力． (2)與安培力的關(guān)系：安培力是大量運動電荷受到洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)． 2．洛倫茲力的計算公式 (1)如果帶電粒子速度方向與磁感應(yīng)強度方向垂直，f＝qvB. (2)如果電荷運動的方向與磁場方向夾角為θ，f＝qvBsin_θ. 3．左手定則：伸開左手，拇指與其余四指垂直，且處于同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿過手心，四指向正電荷運動的方向，那么拇指所指的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向． 1．電荷垂直磁場運動

3、時，洛倫茲力最小，平行磁場運動時洛倫茲力最大．(×) 2．洛倫茲力始終與帶電粒子的運動方向垂直，故洛倫茲力永遠不做功．(√) 3．洛倫茲力在勻強磁場中一般是變力，而電場力在勻強電場中是恒力．(√) 怎樣判斷負電荷在磁場中運動時受洛倫茲力的方向？ 【提示】　負電荷在磁場中受力的方向與正電荷受力的方向相反，利用左手定則時四指應(yīng)指向負電荷運動的反方向． 如圖6-2-1所示，直導線長為L，導線中單位體積電荷數(shù)為n，橫截面積為S，電荷的電量為q，運動速度為v，磁感應(yīng)強度為B. 圖6-2-1 探討1：導線中的電流是多少？導線所受的安培力多大？ 【提示】　I＝nqSv；F＝B

4、IL＝nqSvBL. 探討2：每個自由電荷所受洛倫茲力是多少？ 【提示】　F洛＝＝＝qvB. 1．洛倫茲力與安培力的區(qū)別和聯(lián)系 (1)區(qū)別：①洛倫茲力是指單個運動帶電粒子所受的磁場力，而安培力是指通電直導線所受到的磁場力． ②洛倫茲力永遠不做功，而安培力可以做功． (2)聯(lián)系：①安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，洛倫茲力是安培力的微觀解釋． ②大小關(guān)系：F安＝NF洛(N是導體中定向運動的電荷數(shù)) ③方向關(guān)系：洛倫茲力與安培力的方向均可用左手定則進行判斷． 2．洛倫茲力的計算公式：F＝qvBsin θ(θ為v與B的夾角) (1)當v＝0時，F(xiàn)＝0，即靜止電荷在磁場中受到的

5、作用力一定為0； (2)當θ＝0°或θ＝180°時，F(xiàn)＝0，即帶電粒子的運動方向與磁場方向互相平行時，不受洛倫茲力； (3)當θ＝90°時，F(xiàn)＝qvB，此時洛倫茲力最大． 1．(多選)下列說法正確的是(　　) A．所有電荷在電場中都要受到電場力的作用 B．所有電荷在磁場中都要受到洛倫茲力的作用 C．一切運動電荷在磁場中都要受到洛倫茲力的作用 D．運動電荷在磁場中，只有當垂直于磁場方向的速度分量不為零時，才受到洛倫茲力的作用 【解析】　電荷在電場中受電場力F＝qE，不管運動還是靜止都一樣，故A對；電荷在磁場中的運動方向與磁場不平行時則一定受洛倫茲力作用． 【答案】　AD

6、2．關(guān)于帶電粒子在勻強電場和勻強磁場中的運動，下列說法正確的是(　　) A．帶電粒子沿電場線射入，電場力對帶電粒子做正功，粒子動能一定增加 B．帶電粒子垂直于電場線方向射入，電場力對帶電粒子不做功，粒子動能不變 C．帶電粒子沿磁感線方向射入，洛倫茲力對帶電粒子做正功，粒子動能一定不變 D．不管帶電粒子怎樣進入磁場，洛倫茲力對帶電粒子都不做功，粒子動能不變 【解析】　帶電粒子在電場中受到的電場力F＝qE，只與電場有關(guān)，與粒子的運動狀態(tài)無關(guān)，功的正負由θ角(力與位移方向的夾角)決定，對選項A，只有粒子帶正電時才成立，A錯誤．垂直射入勻強電場的帶電粒子，不管帶電性質(zhì)如何，電場力都會做正功，

7、動能增加，B錯．帶電粒子沿磁感線方向射入，不受洛倫茲力作用，粒子做勻速直線運動，洛倫茲力不做功，C錯．不管帶電粒子怎樣進入磁場，由于洛倫茲力方向始終與速度方向垂直，故洛倫茲力對帶電粒子始終不做功，粒子動能不變，D正確． 【答案】　D 3．關(guān)于電荷在磁場中的運動速度、磁場和電荷受到的洛倫茲力三者之間的方向關(guān)系，其中正確的是(　　) 【解析】　根據(jù)左手定則，A中電荷所受洛倫茲力方向向下，A正確；B中電荷所受洛倫茲力方向向下，B錯誤；C中電荷運動方向與磁場方向平行，不受洛倫茲力，C錯誤；D中電荷所受洛倫茲力方向垂直紙面向外，D錯誤． 【答案】　A 4．如圖6-2-2所示，各圖中勻強磁場

8、的磁感應(yīng)強度均為B，帶電粒子的速率均為v，所帶電荷量均為q，試求出各圖中帶電粒子所受洛倫茲力的大小，并標出洛倫茲力的方向． 圖6-2-2 【解析】　甲：因為v與B垂直，所以F＝qvB，方向與v垂直斜向左上方，如圖． 乙：v與B的夾角為30°，v取與B的垂直分量，則F＝qvBsin 30°＝qvB，方向垂直紙面向里，圖略． 丙：由于v與B平行，所以帶電粒子不受洛倫茲力，圖略． 丁：因為v與B垂直，所以F＝qvB，方向與v垂直斜向左上方，如圖． 【答案】　見解析 5．質(zhì)量為0.1 g的小物塊，帶有5×10－4 C的電荷量，放在傾角為30°的絕緣光滑斜面上，整個斜面置于0.5

9、T的勻強磁場中，磁場方向如圖6-2-3所示，物塊由靜止開始下滑，滑到某一位置時，物塊開始離開斜面(設(shè)斜面足夠長，g取10 m/s2)，問： 【導學號：34022033】 圖6-2-3 (1)物塊帶電性質(zhì)如何？ (2)物塊離開斜面時的速度為多少？ (3)物塊在斜面上滑行的最大距離是多少？ 【解析】　(1)由左手定則可知物塊帶負電荷． (2)當物塊離開斜面時，物塊對斜面壓力為0，受力如圖所示，則qvB－mgcos 30°＝0，解得v＝3.46 m/s. (3)由動能定理得mgsin 30°·L＝mv2，解得物塊在斜面上滑行的最大距離L＝1.2 m. 【答案】　(1)負電　(2)3.46 m/s(3)1.2 m 1．電荷在電場中一定受電場力的作用． 2．靜止的電荷在磁場中一定不受磁場力的作用． 3．運動的電荷在磁場中可能不受磁場力的作用，例如當運動方向與磁場方向平行時． 4．安培力可以做正功，也可以做負功． 5．洛倫茲力在任何時候都不做功． 5