1.2磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力人教版（2019）物理（選擇性必修第二冊(cè)）第一章

安培力與洛倫茲力目錄素養(yǎng)目標(biāo)01課程導(dǎo)入02新課講解03總結(jié)歸納04課堂練習(xí)05素養(yǎng)目標(biāo)1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)洛倫茲力。能判斷洛倫茲力的方向，會(huì)計(jì)算洛倫茲力的大小2.掌握洛倫茲力公式的推導(dǎo)過(guò)程，會(huì)用公式分析求解洛倫茲力3.了解顯像管的基本構(gòu)造及工作的基本原理，認(rèn)識(shí)電子束的磁偏轉(zhuǎn)，體會(huì)物理知識(shí)與科學(xué)技術(shù)的關(guān)系磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線有作用力帶電粒子的定向移動(dòng)形成了電流磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有作用力嗎？如果有，力的方向和大小又是怎樣的呢？電流方向新課講解觀察電子束在磁場(chǎng)中受力偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置抽成真空的玻璃管，玻璃管的兩個(gè)電極分別連接到高壓電源兩極玻璃管的陰極發(fā)射電子，電子在電場(chǎng)的加速下飛向陽(yáng)極沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)候，電子束呈現(xiàn)一條直線觀察電子束在磁場(chǎng)中受力偏轉(zhuǎn)觀察電子束在磁場(chǎng)中受力偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象現(xiàn)象：當(dāng)N極在紙面朝外靠近電子束時(shí)，電子束向下偏轉(zhuǎn)

當(dāng)S極在紙面朝外靠近電子束時(shí)，電子束向上偏轉(zhuǎn)觀察電子束在磁場(chǎng)中受力偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)論磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有作用力磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力的方向與磁場(chǎng)方向有關(guān)-+分析：

①在磁場(chǎng)作用下，電子束的徑跡發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明電子受到力的作用

②磁場(chǎng)方向改變，電子束徑跡的偏轉(zhuǎn)方向發(fā)生改變，說(shuō)明力的方向與磁場(chǎng)方向有關(guān)這個(gè)力稱為洛倫茲力N溫故知新伸開(kāi)左手，使拇指和其余四指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向電流方向左手定則這時(shí)拇指所指方向就是該通電導(dǎo)線所受安培力方向。正電荷運(yùn)動(dòng)方向這時(shí)拇指所指方向就是該正電荷所受洛倫茲力方向。試著用左手定則判斷電子所受洛倫茲力的方向試判斷下列圖中各帶電粒子所受洛倫茲力的方向、或帶電粒子的電性、或帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向vF洛F洛B垂直于紙面向里運(yùn)動(dòng)BvBF洛vB+vBvB洛侖茲力垂直于紙面向外F洛=0F洛=0經(jīng)典例題溫故知新導(dǎo)線中電流的方向與磁場(chǎng)的方向垂直時(shí)，安培力的大小為安培力洛倫茲力微觀實(shí)質(zhì)宏觀表現(xiàn)問(wèn)題：可否通過(guò)安培力公式推導(dǎo)洛倫茲力公式？思考與討論

設(shè)有一段長(zhǎng)為L(zhǎng)，橫截面積為S的直導(dǎo)線，單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷的電荷量為q，自由電荷定向移動(dòng)的速率為v。這段通電導(dǎo)線垂直磁場(chǎng)方向放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中Q＝nqSL＝nqS·vt洛倫茲力怎么算呢？提示------------I=nqsvN=nLs每個(gè)自由電荷所受的洛倫茲力大?。篎=BILIF安F洛安培力洛倫茲力F安=N·F洛洛倫茲力F與v、B三者之間的方向關(guān)系Vv1v2VBBF+F+F既與B垂直又與v垂直，即垂直于B和v所確定的平面，但B與v不一定垂直洛倫茲力對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)能起到什么作用？洛倫茲力對(duì)電荷不做功,只改變粒子速度的方向，不改變粒子速度的大小。洛倫茲力的大小當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)的方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)（v⊥B）：F洛＝qvB上式中各量的單位：

F安與F洛本質(zhì)都是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力洛倫茲力的計(jì)算公式洛倫茲力F洛牛頓（N）磁感應(yīng)強(qiáng)度B電荷q速度v特斯拉（T）庫(kù)倫（C）米每秒（m/s）當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)的方向與磁場(chǎng)的方向夾角為θ時(shí)，電荷所受的洛倫茲力為什么？B1B2BF=

B2IL

=BILsinθ(θ為

B與

I的正向夾角)vB∥B┴L1F

=BIL1

＝BILsinθ(θ為

B與

I的正向夾角)vv┴v∥F＝qvBsinθ，θ為電荷運(yùn)動(dòng)的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角：①當(dāng)θ＝90°時(shí)，v⊥B，sinθ＝1，F(xiàn)＝qvB，即運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)垂直時(shí)，洛倫茲力最大。②當(dāng)v∥B時(shí)，θ＝0°，sinθ＝0，F(xiàn)＝0，即運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)平行時(shí)，不受洛倫茲力。③當(dāng)電荷靜止于磁場(chǎng)中時(shí)（v=0）:

F洛＝0(即靜止電荷不受洛倫茲力)vv分類洛倫茲力安培力區(qū)別洛倫茲力是指單個(gè)運(yùn)動(dòng)的帶電粒子所受到的磁場(chǎng)力安培力是指通電直導(dǎo)線所受到的磁場(chǎng)力洛倫茲力不做功安培力可以做功聯(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本質(zhì)。②大小關(guān)系:F安=NF洛(N是導(dǎo)體中定向運(yùn)動(dòng)的電荷數(shù))。③方向關(guān)系:洛倫茲力與安培力均可用左手定則進(jìn)行判斷洛倫茲力與安培力的關(guān)系電子束的磁偏轉(zhuǎn)電視顯像管的工作原理洛倫茲力的方向與粒子的運(yùn)動(dòng)速度方向垂直，當(dāng)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，因受到洛倫茲力的作用，就會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。顯像管電視機(jī)中就應(yīng)用了電子束磁偏轉(zhuǎn)的原理主要構(gòu)造：電子槍（陰極）、偏轉(zhuǎn)線圈、熒光屏等。原理：應(yīng)用電子束磁偏轉(zhuǎn)的道理。

在偏轉(zhuǎn)區(qū)的水平方向和豎直方向都有偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其方向、強(qiáng)弱在不斷變化，電子束打在熒光屏上的光點(diǎn)在不斷移動(dòng)——掃描。電視顯像管-豎直向上③若要使電子束打在熒光屏上的位置由Ｂ逐漸向Ａ點(diǎn)移動(dòng)，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該怎樣變化？①若要使電子束在水平方向偏離中心，打在熒光屏上的Ａ點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該沿什么方向？②若要使電子束打在Ｂ點(diǎn)，磁場(chǎng)應(yīng)該沿什么方向？豎直向下思考與討論先豎直向上并逐漸減?。蝗缓筘Q直向下并逐漸增大。掃描

實(shí)際上，在偏轉(zhuǎn)區(qū)的水平方向和豎直方向都有偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其方向、強(qiáng)弱都在不斷變化，因此電子束打在熒光屏上的光點(diǎn)就像右圖所示那樣不斷移動(dòng)，這在顯示技術(shù)中叫作掃描。

電子束從最上一行到最下一行掃描一遍叫作一場(chǎng)，電視機(jī)中的顯像管每秒要進(jìn)行50場(chǎng)掃描，所以我們感到整個(gè)熒光屏都在發(fā)光。科學(xué)漫步正電子的發(fā)現(xiàn)

在粒子物理研究中，帶電粒子在云室等探測(cè)裝置中的徑跡是非常重要的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。根據(jù)對(duì)不同粒子徑跡的分析和比較，科學(xué)家可以得到粒子的帶電情況、運(yùn)動(dòng)情況等許多信息，甚至可以發(fā)現(xiàn)新粒子。1930年，英國(guó)物理學(xué)家狄拉克從理論上預(yù)言了電子的反粒子的存在，這個(gè)反粒子就是正電子。正電子與電子質(zhì)量相同，但是帶等量的正電荷，也可以說(shuō)，它是帶正電荷的電子。

C.D.安德森1930年起就負(fù)責(zé)用云室觀測(cè)宇宙射線。云室置于磁場(chǎng)中。為了鑒別粒子的性質(zhì)，在云室中安有幾塊金屬板，粒子穿過(guò)金屬板，就可以區(qū)別其能量。1932年8月2日，C.D.安德森在照片中發(fā)現(xiàn)一條奇特的徑跡，與電子的徑跡相似，卻又具有相反的方向（如圖36–1所示），顯示這是某種帶正電的粒子。從曲率判斷，又不可能是質(zhì)子。于是他果斷地得出結(jié)論，這是帶正電的電子。安德森使用過(guò)的云室和磁鐵1.關(guān)于安培力、電場(chǎng)力和洛倫茲力，下列說(shuō)法正確的是()A．電荷在電場(chǎng)中一定受電場(chǎng)力作用，電荷在磁場(chǎng)中一定受洛倫茲力作用B．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表現(xiàn)C．電場(chǎng)力一定沿電場(chǎng)方向，洛倫茲力一定沿磁場(chǎng)方向D．安培力、洛倫茲力和電場(chǎng)力都可以做功經(jīng)典例題B答案：B解析：電荷在電場(chǎng)中一定受電場(chǎng)力作用，電荷在磁場(chǎng)中只有速度不與磁場(chǎng)平行的運(yùn)動(dòng)的電荷才受洛倫茲力作用，故A錯(cuò)誤；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表現(xiàn)，故B正確；正電荷所受的電場(chǎng)力一定沿電場(chǎng)方向，洛倫茲力一定與磁場(chǎng)方向垂直，故C錯(cuò)誤；安培力和電場(chǎng)力都可以做功，洛倫茲力方向與速度方向垂直，所以不做功，故D錯(cuò)誤，故選B。經(jīng)典例題2.顯像管的工作原理圖如圖所示，圖中陰影區(qū)域沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)，從電子槍發(fā)出的電子打在熒光屏正中心的O點(diǎn)。為使電子在豎直方向偏離中心，打在熒光屏上的A點(diǎn)，陰影區(qū)域所加磁場(chǎng)的方向是()A.豎直向上B．豎直向下C．垂直于紙面向內(nèi) D．垂直于紙面向外D答案：D解析：根據(jù)左手定則可以得知，電子開(kāi)始上偏，受向上的洛倫磁力，故磁場(chǎng)的方向垂直紙面向外，故選D。一、洛倫茲力的方向左手定則F既與B垂直又與v垂直，即垂直于B和v所確定的平面，但B與v不一定垂直。二、洛倫茲力的大小F洛＝qvBF安與F洛本質(zhì)都是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力洛倫茲力的方向與磁場(chǎng)方向有關(guān)洛倫茲力和電場(chǎng)力的比較三、電子束的磁偏轉(zhuǎn)1.如圖所示，一個(gè)帶正電q的小帶電體處于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，若小帶電體的質(zhì)量為m，為了使它對(duì)水平絕緣面正好無(wú)壓力，應(yīng)該()A．使B的數(shù)值增大B．使磁場(chǎng)以速率

向上移動(dòng)C．使磁場(chǎng)以速率

向右移動(dòng)D．使磁場(chǎng)以速率

向左移動(dòng)D答案：D解析：為使小帶電體對(duì)平面無(wú)壓力，則應(yīng)使它受到的洛倫茲力剛好平衡重力，磁場(chǎng)不動(dòng)而只增大B，靜止小帶電體在磁場(chǎng)里不受洛倫茲力，A錯(cuò)誤；磁場(chǎng)向上移動(dòng)相當(dāng)于小帶電體向下運(yùn)動(dòng)，受洛倫茲力向右，不可能平衡重力；磁場(chǎng)以v向右移動(dòng)，等同于小帶電體以速率v向左運(yùn)動(dòng)，此時(shí)洛倫茲力向下，也不可能平衡重力，故B、C錯(cuò)誤；磁場(chǎng)以v向左移動(dòng)，等同于小帶電體以速率v向右運(yùn)動(dòng)，此時(shí)洛倫茲力向上，當(dāng)qvB＝mg時(shí)，帶電體對(duì)水平絕緣面無(wú)壓力，即，選項(xiàng)D正確。2.帶電油滴以水平速度v0垂直進(jìn)入磁場(chǎng)，恰做勻速直線運(yùn)動(dòng)，如圖所示，若油滴質(zhì)量為m，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則下述說(shuō)法正確的是()A．油滴必帶正電荷，電荷量為B．油滴必帶正電荷，比荷＝C．油滴必帶負(fù)電荷，電荷量為D．油滴帶什么電荷都可以，只要滿足A答案：A解析：油滴水平向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，其所受洛倫茲力必向上與重力平衡，故帶正電，由mg＝qv0B得其電荷量q＝，故A正確，C錯(cuò)誤；油滴的比荷＝，故B錯(cuò)誤；油滴若帶負(fù)電，其所受洛倫茲力必向下，油滴受力就不能平衡，油滴就不能做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故D錯(cuò)誤。3.四川省稻城縣海子山的“高海拔宇宙線觀測(cè)站”(LHAASO)，是世界上海拔最高、規(guī)模最大、靈敏度最強(qiáng)的宇宙射線探測(cè)裝置。假設(shè)來(lái)自宇宙的質(zhì)子流沿著與地球表面垂直的方向射向這個(gè)觀測(cè)站，由于地磁場(chǎng)的作用(忽略其他阻力的影響)，質(zhì)子流到達(dá)該觀測(cè)站時(shí)將()A．豎直向下沿直線射向觀測(cè)站B．與豎直方向稍偏東一些射向觀測(cè)站C．與豎直方向稍偏南一些射向觀測(cè)站D．與豎直方向稍偏西一些射向觀測(cè)站B答案：B解析：質(zhì)子流的方向從上而下射向地球表面，地磁場(chǎng)方向在赤道的上空從南指向北，根據(jù)左手定則，洛倫茲力的方向向東，所以質(zhì)子向東偏轉(zhuǎn)，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤。故選B。4.如圖，一束負(fù)離子從S點(diǎn)沿水平方向射出，在沒(méi)有電、磁場(chǎng)時(shí)恰好擊中熒光屏上的坐標(biāo)原點(diǎn)O；若同時(shí)加上電場(chǎng)和磁場(chǎng)后，負(fù)離子束最后打在熒光屏上坐標(biāo)系的第Ⅲ象限中，則所加電場(chǎng)E和磁場(chǎng)B的方向可能是(不計(jì)離子重力及相互作用力)()A．E向上，B向上B．E向下，B向下C．E向上，B向下D．E向下，B向上A答案：A解析：由題意可知，電子在電場(chǎng)中受力應(yīng)向下，故電場(chǎng)方向應(yīng)向上；而粒子在磁場(chǎng)作用下向左偏轉(zhuǎn)，故說(shuō)明洛倫茲力向左，由左手定則可知，B應(yīng)向上，故A正確。5.質(zhì)量為m、帶電荷量為q的微粒，以速度v