高中物理第三章磁场磁场对运动电荷的作用洛伦兹力参考省公开课一等奖新课获奖课件

第四节磁场对运动电荷作用——洛伦兹力1/31

关键关键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作用——洛伦兹力课前自主学案2/31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方向．2．掌握洛伦兹力公式推导过程，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规律和分析方法．并能用学过知识推导出匀速圆周运动半径公式和周期公式．重点难点：洛伦兹力公式推导和匀速圆周运动时半径、周期公式应用．3/31课前自主学案一、洛伦兹力1．定义：_________在磁场中所受磁场力．2．与安培力关系：通电导线在磁场中所受安培力是洛伦兹力__________，而洛伦兹力是安培力微观本质．3．洛伦兹力方向左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，而且都与手掌在同一平面内．让______从掌心进入，并使四指指向______________，这时拇指所指方向就是运动正电荷在磁场中所受_________方向．负电荷受力方向与正电荷受力方向____．运动电荷宏观表现磁感线正电荷运动方向洛伦兹力相反4/314．洛伦兹力大小(1)当______时，F洛＝______.(2)当______时，F洛＝0.二、带电粒子在匀强磁场中运动1．洛伦兹力不改变带电粒子速度______，或者说，洛伦兹力对带电粒子不______．v⊥BqvBv∥B大小做功5/312．沿着与磁场垂直方向射入磁场带电粒子，在匀强磁场中做______________．洛伦兹力方向总与速度方向垂直，恰好起到了________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qvB6/31关键关键点突破一、对洛伦兹力了解和认识1．对洛伦兹力方向认识(1)决定洛伦兹力方向原因有三个：电荷电性(正、负)、速度方向、磁感应强度方向．当电荷电性一定时，其它两个原因中，假如只让一个原因相反，则洛伦兹力方向必定相反；假如同时让两个原因相反，则洛伦兹力方向将不变．(2)在研究电荷运动方向与磁场方向垂直情况时，由左手定则可知，洛伦兹力方向既与磁场方向垂直，又与电荷运动方向垂直，即洛伦兹力垂直于v和B二者所决定平面．7/31(3)因为洛伦兹力方向总是跟运动电荷速度方向垂直，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方向，不能改变速度大小．2．洛伦兹力大小了解推导：如图3－4－1所表示，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，电荷电荷量为q，运动速度为v，则图3－4－18/319/313．洛伦兹力与电场力比较洛伦兹力电场力作用对象仅在运动电荷速度方向与B不平行时，运动电荷才受到洛伦兹力带电粒子只要处于电场中，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应了电场和磁场都含有力性质10/31尤其提醒：(1)判断负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向，四指要指向负电荷运动相反方向，也就是电流方向．(2)电荷运动方向v和B不一定垂直，但洛伦兹力一定垂直于磁感应强度B和速度方向v.(3)运动电荷不受洛伦兹力作用位置，磁感应强度不一定为零．11/31即时应用

(即时突破，小试牛刀)1．带电粒子垂直匀强磁场方向运动时，会受到洛伦兹力作用．以下表述正确是(

)A．洛伦兹力对带电粒子做功B．洛伦兹力不改变带电粒子动能C．洛伦兹力大小与速度无关D．洛伦兹力不改变带电粒子速度方向解析：选B.带电粒子在磁场中受到洛伦兹力一直与其运动方向垂直，故洛伦兹力不会对带电粒子做功，即不改变带电粒子动能，或不改变带电粒子速度大小，只改变其速度方向，A、D错，B对．据F＝qvB知，洛伦兹力大小与带电粒子速度大小相关，C错．12/3113/312．分析思绪(1)圆心确实定带电粒子垂直进入磁场后，一定做圆周运动，其速度方向一定沿圆周切线方向，所以圆心位置必是两速度方向垂直交点或某一速度方向垂线与圆周上两点连线中垂线交点，方向如图3－4－2所表示．图3－4－214/31(2)运动半径大小确实定普通先作入射点、出射点对应半径，并作出对应辅助三角形，然后利用三角函数求解出半径大小．(3)运动时间确实定15/31(4)圆心角确实定①带电粒子射出磁场速度方向与射入磁场速度方向间夹角φ叫偏向角．偏向角等于圆心角即φ＝θ，如图3－4－3.②某段圆弧所对应圆心角是这段圆弧弦切角二倍，即θ＝2α.图3－4－316/31即时应用

(即时突破，小试牛刀)2．两个粒子，电荷量相同，在同一匀强磁场中受磁场力而做匀速圆周运动(

)A．若速率相等，则半径必相等B．若动能相等，则周期必相等C．若质量相等，则周期必相等D．若质量与速度乘积大小相等，则半径必相等17/3118/31课堂互动讲练类型一洛伦兹力方向判断例1

如图3－4－4所表示，在真空中，水平导线中有恒定电流I经过，导线正下方有一质子初速度方向与电流方向相同，则质子可能运动情况是(

)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3－4－419/31【思绪点拨】

解答本题时应注意以下三点：(1)明确电流周围磁场特点．(2)由左手定则判定质子所受洛伦兹力方向．(3)确定质子运动轨迹．20/31【精讲精析】

由安培定则可知，电流在下方产生磁场方向指向纸外，由左手定则可知，质子刚进入磁场时所受洛伦兹力方向向上．则质子轨迹必定向上弯曲，所以C、D必错；因为洛伦兹力方向一直与电荷运动方向垂直，故其运动轨迹必定是曲线，则B正确；A错误．【答案】

B21/31类型二洛伦兹力大小计算例2

有一质量为m、电荷量为q带正电小球停在绝缘平面上，并处于磁感应强度为B、方向垂直于纸面向里匀强磁场中，如图3－4－5所表示，为了使小球飘离平面，匀强磁场在纸面内移动最小速度应为多少？方向怎样？图3－4－522/3123/31【规律总结】

要注意正确了解带电粒子受洛伦兹力条件：(1)带电粒子必须是运动，此运动是相对磁场而言，相对于地面不一定运动．(2)应用洛伦兹力分析问题时，一定不要忘记F＝qvB中有一个速度v，v改变会影响到洛伦兹力F大小和方向改变．24/31变式训练1

一初速度为零质子(质量m＝1.67×10－27kg，电荷量q＝1.6×10－19C)，经过电压为1880V电场加速后，垂直进入磁感应强度为5.0×10－4T匀强磁场中，质子所受洛伦兹力为多大？答案：4.8×10－17N25/31类型三半径公式、周期公式应用例3

已知氢核与氦核质量之比m1∶m2＝1∶4，电荷量之比q1∶q2＝1∶2，当氢核与氦核以v1∶v2＝4∶1速度，垂直于磁场方向射入磁场后，分别做匀速圆周运动，则氢核与氦核半径之比r1∶r2＝________，周期之比T1∶T2＝________.【思绪点拨】

粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，普通情况下，半径公式不要直接使用，尤其是做计算题时，应先列出洛伦兹力充当向心力方程．26/31【答案】

2∶1

1∶227/31【规律总结】

(1)掌握粒子在匀强磁场中做圆周运动轨道半径和周期公式是处理此题关键．(2)百分比法是解物理问题有效方法之一．使用程序普通是：依据研究对象运动过程确定对应物理规律，依据题意确定运动过程中恒量，分析剩下物理量之间函数关系，建立百分比式求解．28/31变式