洛伦兹力(共2课时)高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第二册

第一章磁场粤教版选择性必修一第三节

洛伦兹力知识回顾2、判断下列图中安培力的方向：FF方向：安培力:1、磁场对通电直导线的作用力θ为B和I之间的夹角大小：左手定则四指穿手心大拇指电流磁感线安培力电流与磁场方向垂直知识回顾磁场对通电导线（电流）有力的作用，而电流是电荷的定向运动形成的，由此你会想到了什么？磁场可能对运动电荷有力的作用导体中的电流是由电荷的定向移动产生的:I=nqSv3、电流是如何形成的？【演示实验】观察阴极射线在磁场中的偏转如图所示的玻璃管已经抽成真空。当左右两个电极按图示的极性连接到高压电源时，阴极会发射电子。电子在电场的加速下飞向阳极。挡板上有一个扁平的狭缝，电子飞过挡板后形成一个扁平的电子束。长条形的荧光板在阳极端稍稍倾向轴线，电子束掠射到荧光板上，显示出电子束的径迹。阴极阳极狭缝荧光板电子束阴极射线管的原理：从阴极发射出来的电子，在阴阳两极间的高压作用下，使其加速，形成电子束，轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以显示电子束的运动轨迹。实验观察：磁场对运动电荷的作用力实验观察：磁场对运动电荷的作用力当没有外磁场时，阴极射线管中的电子束沿直线前进；当磁场方向与电子束前进方向垂直时，电子束运动径迹发生了弯曲，表明磁场对电子束产生了作用力。当磁场的方向发生变化时，电子流的弯曲方向也发生了改变实验现象：实验结论：1、磁场对运动电荷有力的作用2、磁场对运动电荷力的方向与磁场的方向及电荷的运动方向有关运动电荷在磁场中所受的力——洛伦兹力1895年，荷兰物理学家洛伦兹公布了磁场对运动电荷的作用力的公式。为了纪念他，人们将磁场对运动电荷的作用力称为洛伦兹力。一、认识洛伦兹力安培力洛伦兹力磁场对电流的作用磁场对运动电荷的作用因果微观原因宏观表现安培力是洛伦兹力的宏观表现洛伦兹力是安培力的微观本质1、定义2、洛伦兹力与安培力的关系二、洛伦兹力的方向实验结论：2、磁场对运动电荷力的方向与磁场的方向及电荷的运动方向有关二、洛伦兹力的方向向上偏转向下偏转二、洛伦兹力的方向当运动电荷的速度方向与磁场平行时，运动电荷不受洛伦兹力；当运动电荷的速度方向与磁场垂直时，运动电荷受到的洛伦兹力，其方向即与磁场方向垂直，又与速度方向垂直。进一步实验表明，电子偏转方向与磁场方向、电子运动方向有关。类比安培力方向的判断方向，洛伦兹力方向也可以运用左手定则进行判断。二、洛伦兹力的方向左手定则：伸开左手，使拇指和其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向，这时拇指所指的方向就是该电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。伸开左手：磁感线——垂直穿入手心四指——大拇指——所受洛伦兹力的方向①指向正电荷的运动方向②指向负电荷运动的反向vFvF二、洛伦兹力的方向左手定则：Vv1v2VBBF+F洛伦兹力F与v、B三者之间的方向关系+F既与B垂直又与v垂直，即垂直于B和v所确定的平面，但B与v不一定垂直洛伦兹力对电荷不做功,只改变粒子速度的方向，不改变粒子速度的大小。×××××××××+×××××××××vv+vvv+vFL+v垂直纸面向外垂直纸面向里+vFLFLFLFL=0FL=0例：试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向例1：试判断下图中各带电粒子所受洛伦兹力的方向或带电粒子的运动方向。fvvvf垂直纸面向外例2.将含有大量正、负带电粒子及不带电粒子的气体以一定速度垂直于磁场喷入匀强磁场中，它们在磁场中的运动径迹分成了如图所示的三束，其中②是直线。则(

)A

①是带正电的粒子B

②是带正电的粒子C

③是带正电的粒子D

③是不带电的粒子【解析】根据左手定则可知，①是带正电的粒子，A正确；②是不带电的粒子，B错误；根据左手定则可知，③是带负电的粒子，C、D错误。故选A。A三、洛伦兹力的大小安培力是洛伦兹力的宏观表现通电导线处于磁感应强度为B的匀强磁场中，导线中电流方向与磁场方向垂直。若只考虑其中一段长度为L的导线，设该段导线内定向移动的电荷数为N，导线所受安培力为F，每个电荷所受洛伦兹力为f如何利用安培力表达式推导洛伦兹力表达式呢？洛伦兹力表达式的推导其中Q为时间t内经过导线横截面积S的电量根据安培力表达式，有根据电流公式，有设自由电荷定向移动的速度为v，每个电荷所带电量为q，则导线中每个定向移动的电荷所受洛伦兹力的大小为设该段导线内定向移动的电荷数为N，导线所受安培力为F，每个电荷所受洛伦兹力为f三、洛伦兹力的大小大量实验证实，这一结果同样适用于带电粒子在磁场中运动的情况。当电荷在垂直磁场的方向上运动（v⊥B）时，电荷所受的洛伦兹力为导线中每个定向移动的电荷所受洛伦兹力的大小为

问题：若带电粒子不垂直射入磁场，电子受到的洛伦兹力又如何呢？

问题：若带电粒子不垂直射入磁场，电子受到的洛伦兹力又如何呢？

为B和v之间的夹角vB//B┴vvv//┴B三、洛伦兹力的大小当电荷在垂直磁场的方向上运动（v⊥B）时，电荷所受的洛伦兹力为当电荷运动的方向与磁场的方向夹角为θ时，电荷所受的洛伦兹力为当电荷在平行磁场的方向上运动（v//B）时，电荷所受的洛伦兹力为

如图所示，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。大小为qvB

方向垂直于v指向左上方大小为1/2qvB方向为垂直纸面向里大小为qvB方向垂直纸面向里大小为qvB垂直于v指向左上方课堂练习洛伦兹力和电场力的比较：比较项目洛伦兹力F电场力F性

质产生条件大

小磁场对在其中运动电荷的作用力电场对放入其中电荷的作用力v≠0且v不与B平行电场中的电荷一定受到电场力作用F＝qvB(v⊥B)F＝qE力方向与场方向的关系做功情况力F为零时场的情况作用效果一定是F⊥B，F⊥v正电荷与电场方向相同，负电荷与电场方向相反任何情况下都不做功可能做正功、负功或不做功F为零，B不一定为零F为零，E一定为零只改变电荷运动的速度方向，不改变速度大小既可以改变电荷运动的速度大小，也可以改变电荷运动的方向

C-vB课堂练习(1)如图所示，带电粒子所受重力可忽略不计，粒子在两板间同时受到电场力和洛伦兹力，只有当二力平衡时，粒子才不发生偏转，沿直线从两板间穿过。四、速度选择器速度选择器(1)如图所示，带电粒子所受重力可忽略不计，粒子在两板间同时受到电场力和洛伦兹力，只有当二力平衡时，粒子才不发生偏转，沿直线从两板间穿过。

(2)粒子受力特点:①不计重力。②同时受方向相反的电场力和磁场力作用。为了诊断病人的心脏功能和动脉中血液粘滞情况，可使用电磁流量计测量血管中血液的流速和流量。如图所示是电磁流量计测量血管中血液流速的示意图，使血管处于磁感应强度为B的匀强磁场中，测得血管两侧电压为U。已知血管的直径为d，假定血管中各处液体的流速v相同，忽略重力影响。（1）管壁上点a和点b，哪一点的电势高？（2）试求血管中血液的流速v。(1)根据左手定则，在洛伦兹力作用下，正离子向管道a的一侧集中，则点a电势高于点b(2)当正负离子受到电场力与洛伦兹力平衡时，离子不再偏移，此时ab间有稳定的电势差，形成一个匀强磁场，对血液中的带电粒子，有

qvB=qU/d解得v=U/Bd课堂练习宇宙射线

从太阳或其他星体上，时刻都有大量的高能粒子流放出，称为宇宙射线。这些高能粒子流若都到达地球，将对地球上的生物带来危害。但由于地球周围存在磁场，在洛伦兹力的作用下，改变了宇宙射线中带电粒子的运动方向，从而对宇宙射线起了一定的阻挡作用。如图所示，来自太阳和其他星体的宇宙射线含有大量高能带电粒子，幸好由于地球磁场的存在而改变了这些带电粒子的运动方向，使很多带电粒子不能到达地面，避免了其对地面上生命的危害。已知北京上空某处由南指北的磁感应强度为1.2×10-4T，如果有一速率为v=5.0×105m/s、电量q=1.6×10-19C的质子竖直向下运动穿过此处的地磁场。（1）此时该质子受到的洛伦兹力是多大？向哪个方向偏转？（2）在地球两极处地磁场方向可近似认为垂直于地面，在赤道处地磁场方向可近似认为由地理南极指向地理北极。那么，地球两极处和赤道处相比，哪个区域地磁场对高能带电粒子的阻挡效果更好？为什么？(1)

f=qvB=9.6×10-18N;质子向东偏转(2)在赤道附近对宇宙射线的阻挡效果更强课堂练习极光人类首次拍到南北极光“同放光彩”奇景++以正电荷为例在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中，有一种能量被称为“太阳风”。这是一束可以覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流，该太阳风在地球上空环绕地球流动，以大约每秒400公里的速度撞击地球磁场，磁场使该颗粒流偏向地磁极下落，它们与氧和氮的原子碰撞，击走电子，使之成为激发态的离子，这些离子发射不同波长的辐射，产生出红、绿或蓝等色的极光特征色彩，形成极光。1、质量为0.1g的小物块，带有5×10-4C的电量，放在倾角为30°的绝缘光滑斜面上，整个斜面置于0.5T的匀强磁场中，磁场方向如图所示，物块由静止开始下滑，滑到某一位置时，物块开始离开斜面(设斜面足够长，g取10m/s2，结果保留三位有效数字)。问：(1)物块带电性质如何？负电(2)物块离开斜面时的速度为多少？(3)物块在斜面上滑行的最大距离是多少？课堂练习2、如图所示，a为带正电的小物块，b是一不带电的绝缘物块(设a、b间无电荷转移)，a、b叠放于粗糙的水平地面上，地面上方有垂直于纸面向里的匀强磁场。现用水平恒力F拉b物块，使a、b一起无相对滑动地向左做加速运动，则在加速运动阶段(

)A．a对b的压力不变B．a对b的压力变大C．a、b物块间的摩擦力变大D．a、b物块间的摩擦力不变B课堂练习3、如图所示，一带正电的物体固定在小车的底板上，其中底板绝缘，整个装置静止在水平地面上，在空间施加一垂直纸面向里的匀强磁场，如果保持小车不动，将匀强磁场沿水平方向向左匀速运动．则下列说法正确的是(

)A．带电物体所受的洛伦兹力为零B．带电物体受洛伦兹力且方向竖直向上C．小车对地面的压力变大D．地面对小车的摩擦力方向向左B课堂练习4、如图所示，在磁感应强度为B的水平匀强磁场中，有一足够长的绝缘细棒OO′在竖直面内垂直磁场方向放置，细棒与水平面间的夹角为α，一质量为m、带电荷量为＋q的圆环A套在OO′棒上，圆环与棒间的动摩擦因数为μ，且μ<tanα，重力加速度为g.现让圆环A由静止开始下滑，试问圆环在下滑过程中：(1)圆环A的最大加速度为多大？获得最大加速度时的速度为多大？(2)圆环A能够达到的最大速度为多大？课堂练习(1)由于μ<tanα，所以环将由静止开始沿棒下滑，环A沿棒运动的速度为v1时，受到重力mg、洛伦兹力qv1B、棒的弹力FN1和摩擦力f1，f1＝μFN1，根据牛顿第二定律:mgsinα－f1＝ma垂直棒的方向有

FN1＋qv1B＝mgcosα所以当FN1＝0，即f1＝0时，a有最大值am，且am＝gsinα，此时qv1B＝mgcosα解得v1＝mgcosα/qB.(2)设当环A的速度达到最大值vm时，环受棒的弹力大小为FN2，方向垂直于棒向下，摩擦力大小为f2＝μFN2，此时应有a＝0，即mgsinα＝f2，FN2＋mgcosα＝qvmB解得vm＝mg(sinα＋μcosα)/μqB.5、如图所示，质量为m＝1kg、电荷量为q＝5×10－2C的带正电荷的小滑块，从半径为R＝0.4m的光滑固定绝缘1/4圆弧轨道上由静止自A端滑下．整个装置处在方向互相垂直的匀