【优化方案】高二物理 第3章第四节磁场对运动电荷的作用洛伦兹力课件 教科

第四节磁场对运动电荷的作用——洛伦兹力课标定位学习目标：1.知道什么是洛伦兹力，会用左手定则判断洛伦兹力的方向．2．掌握洛伦兹力公式的推导过程，会用公式求洛伦兹力．3．知道洛伦兹力不做功，它只改变带电粒子速度方向，不改变其速度大小．4．掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律和分析方法．并能用学过的知识推导出匀速圆周运动的半径公式和周期公式．重点难点：洛伦兹力的公式推导和匀速圆周运动时半径、周期公式的应用．

核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第四节磁场对运动电荷的作用——洛伦兹力课前自主学案课前自主学案一、洛伦兹力1．定义：_________在磁场中所受的磁场力．2．与安培力的关系：通电导线在磁场中所受的安培力是洛伦兹力的__________，而洛伦兹力是安培力的微观本质．3．洛伦兹力的方向左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内．让______从掌心进入，并使四指指向______________，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受_________的方向．负电荷受力的方向与正电荷受力的方向____．运动电荷宏观表现磁感线正电荷运动方向洛伦兹力相反4．洛伦兹力的大小(1)当______时，F洛＝______.(2)当______时，F洛＝0.二、带电粒子在匀强磁场中的运动1．洛伦兹力不改变带电粒子速度的______，或者说，洛伦兹力对带电粒子不______．v⊥BqvBv∥B大小做功2．沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做______________．洛伦兹力方向总与速度方向垂直，正好起到了________的作用．公式：_____＝m.(1)半径：r＝______.(2)周期：T＝______.周期与运动速度、半径无关匀速圆周运动向心力qvB核心要点突破一、对洛伦兹力的理解和认识1．对洛伦兹力方向的认识(1)决定洛伦兹力方向的因素有三个：电荷的电性(正、负)、速度方向、磁感应强度的方向．当电荷电性一定时，其他两个因素中，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，则洛伦兹力方向将不变．(2)在研究电荷的运动方向与磁场方向垂直的情况时，由左手定则可知，洛伦兹力的方向既与磁场方向垂直，又与电荷的运动方向垂直，即洛伦兹力垂直于v和B两者所决定的平面．(3)由于洛伦兹力的方向总是跟运动电荷的速度方向垂直，所以洛伦兹力对运动电荷不做功，洛伦兹力只能改变电荷速度的方向，不能改变速度的大小．2．洛伦兹力大小的理解推导：如图3－4－1所示，直导线长为L，电流为I，导线中运动电荷数为n，截面积为S，电荷的电荷量为q，运动速度为v，则图3－4－13．洛伦兹力与电场力的比较洛伦兹力电场力作用对象仅在运动电荷的速度方向与B不平行时，运动电荷才受到洛伦兹力带电粒子只要处在电场中，一定受到电场力大小方向F洛＝qvBsinθ，方向与B垂直，与v垂直，用左手定则判断F＝qE，F的方向与E同向或反向特点洛伦兹力永不做功电场力可做正功、负功或不做功相同点反映了电场和磁场都具有力的性质特别提醒：：(1)判断负电荷荷在磁场中中运动受洛洛伦兹力的的方向，四四指要指向向负电荷运运动的相反反方向，也也就是电流流的方向．．(2)电荷运动的的方向v和B不一定垂直直，但洛伦伦兹力一定定垂直于磁磁感应强度度B和速度方向向v.(3)运动动电电荷荷不不受受洛洛伦伦兹兹力力作作用用的的位位置置，，磁磁感感应应强强度度不不一一定定为为零零．．即时时应应用用(即时时突突破破，，小小试试牛牛刀刀)1．带带电电粒粒子子垂垂直直匀匀强强磁磁场场方方向向运运动动时时，，会会受受到到洛洛伦伦兹兹力力的的作作用用．．下下列列表表述述正正确确的的是是()A．洛伦兹力对对带电粒子做做功B．洛伦兹力不不改变带电粒粒子的动能C．洛伦兹力的的大小与速度度无关D．洛伦兹力不不改变带电粒粒子的速度方方向解析：选B.带电粒子在磁磁场中受到的的洛伦兹力始始终与其运动动方向垂直，，故洛伦兹力力不会对带电电粒子做功，，即不改变带带电粒子的动动能，或不改改变带电粒子子的速度大小小，只改变其其速度方向，，A、D错，B对．据F＝qvB知，洛伦兹力力大小与带电电粒子的速度度大小有关，，C错．2．分析思路(1)圆心的确定带电粒子垂直直进入磁场后后，一定做圆圆周运动，其其速度方向一一定沿圆周的的切线方向，，因此圆心的的位置必是两两速度方向垂垂直的交点或或某一速度方方向的垂线与与圆周上两点点连线中垂线线的交点，方方向如图3－4－2所示．图3－4－2(2)运动半径大小小的确定一般先作入射射点、出射点点对应的半径径，并作出相相应的辅助三三角形，然后后利用三角函函数求解出半半径的大小．．(3)运动时间的确确定(4)圆心角的确定定①带电粒子射射出磁场的速速度方向与射射入磁场的速速度方向间的的夹角φ叫偏向角．偏偏向角等于圆圆心角即φ＝θ，如图3－4－3.②某段圆弧所对对应的圆心角角是这段圆弧弧弦切角的二二倍，即θ＝2α.图3－4－3即时应用(即时突破，小小试牛刀)2．两个粒子，，电荷量相同同，在同一匀匀强磁场中受受磁场力而做做匀速圆周运运动()A．若速率相等等，则半径必必相等B．若动能相等等，则周期必必相等C．若质量相等等，则周期必必相等D．若质量与速速度的乘积大大小相等，则则半径必相等等课堂互动讲练类型一洛伦兹力方向的判断例1如图3－4－4所示，在真空空中，水平导导线中有恒定定电流I通过，导线的的正下方有一一质子初速度度方向与电流流方向相同，，则质子可能能的运动情况况是()A．沿路径a运动B．沿路径b运动C．沿路径c运动D．沿路径d运动图3－4－4【思路点拨】解答本题时应应注意以下三三点：(1)明确电流周围围磁场的特点点．(2)由左手定则判判定质子所受受洛伦兹力的的方向．(3)确定质子的运运动轨迹．【精讲精析】由安培定则可可知，电流在在下方产生的的磁场方向指指向纸外，由由左手定则可可知，质子刚刚进入磁场时时所受洛伦兹兹力方向向上上．则质子的的轨迹必定向向上弯曲，因因此C、D必错；由于洛伦兹力力方向始终与与电荷运动方方向垂直，故故其运动轨迹迹必定是曲线线，则B正确；；A错误．．【答案】B类型二洛伦兹力大小的计算例2有一质质量为为m、电荷荷量为为q的带正正电的的小球球停在在绝缘缘平面面上，，并处处在磁磁感应应强度度为B、方向向垂直直于纸纸面向向里的的匀强强磁场场中，，如图图3－4－5所示，，为了了使小小球飘飘离平平面，，匀强强磁场场在纸纸面内内移动动的最最小速速度应应为多多少？？方向向如何何？图3－4－5【规律总总结】要注意意正确确理解解带电电粒子子受洛洛伦兹兹力的的条件件：(1)带电粒粒子必必须是是运动动的，，此运运动是是相对对磁场场而言言的，，相对对于地地面不不一定定运动动．(2)应用洛洛伦兹兹力分分析问问题时时，一一定不不要忘忘记F＝qvB中有一一个速速度v，v的变化化会影影响到到洛伦伦兹力力F的大小小和方方向的的变化化．变式训训练1一初速速度为为零的的质子子(质量m＝1.67××10－27kg，电荷荷量q＝1.6×10－19C)，经过过电压压为1880V的电场场加速速后，，垂直直进入入磁感感应强强度为为5.0×10－4T的匀强强磁场场中，，质子子所受受的洛洛伦兹兹力为为多大大？答案：：4.8×10－17N类型三半径公式、周期公式的应用例3已知氢核与与氦核的质质量之比m1∶m2＝1∶4，电荷量之之比q1∶q2＝1∶2，当氢核与与氦核以v1∶v2＝4∶1的速度，垂垂直于磁场场方向射入入磁场后，，分别做匀匀速圆周运运动，则氢氢核与氦核核半径之比比r1∶r2＝________，周期之比比T1∶T2＝________.【思路点拨】粒子在匀强强磁场中做做匀速圆周周运动，一一般情况下下，半径公公式不要直直接使用，，特别是做做计算题时时，应先列列出洛伦兹兹力充当向向心力的方方程．【答案】2∶11∶2【规律总结】(1)掌握粒子在在匀强磁场场中做圆周周运动的轨轨道半径和和周期公式式是解决此此题的关键键．(2)比例法是解解物理问题题的有效方方法之一．．使用的程程序一般是是：根据研研究对象的的运动过程程确定相应应的物理规规律，根据据题意确定定运动过程程中的恒量量，分析剩剩余物理量量之间的函函数关系，，建立比例例式求解．．变式训练练2如图3－4－6所示，在在x轴上方存存在着垂垂直于