教科版高中物理选择性必修第二册第一章磁场对电流的作用3洛伦兹力课件（46页ppt）
文档属性
| 名称 | 教科版高中物理选择性必修第二册第一章磁场对电流的作用3洛伦兹力课件（46页ppt） |  | |
| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 7.3MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 教科版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-05-15 23:12:24 | ||
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文档简介
(共46张PPT)
第一章 磁场对电流的作用
3.洛伦兹力
第*页
核心素养：1.通过实验，认识洛伦兹力. 2.能判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力 的大小. 3.能用洛伦兹力分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动.
第*页
研习任务一 洛伦兹力及其方向
合作 讨论
如图所示，电子由阴极向阳极运动（向右运动）过程中向下发生了偏转，试问：
（1）什么力使电子偏转？该力的方向如何？
提示：（1）电子在磁场中运动要受到洛伦兹力，是洛伦兹力使电 子运动方向发生偏转，力的方向向下.
（2）电子运动轨迹附近的磁场方向如何？电子所受洛伦兹力与磁场方向、电子运动 方向存在什么关系？
提示：（2）电子运动轨迹附近的磁场方向由N极指向S极，电子所 受洛伦兹力方向与磁场方向以及电子运动方向垂直，我们可以用 左手定则来判断.
教材 认知
1. 初识洛伦兹力
（1）定义： 在磁场中受到的磁场力.
（2）应用：①传统的电视显像管中利用特殊线圈产生的 控制电子偏转、扫 描出画面；②使宇宙射线发生 保护地球.
2. 洛伦兹力方向的判断——左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并 且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心垂直进入，并使 指向正电荷运 动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的 在磁场中所受洛伦兹力的方 向.负电荷受力的方向与正电荷受力的方向 .
运动电荷
磁场
偏转
四指
正电荷
相反
[理解] 洛伦兹力方向的特点
洛伦兹力的方向总是与电荷运动的方向和磁场方向垂直，即洛伦兹力的方向总是垂直 于运动电荷速度方向和磁场方向确定的平面.即F、B、v三个量的方向关系是： F⊥B，F⊥v，但B与v不一定垂直，即F垂直v和B决定的平面，如图所示.
研习 经典
A B
C D
D
解析：根据左手定则可以判断，选项A中的带电粒子所受的洛伦兹力方向向下；选项 B中的带电粒子所受的洛伦兹力方向向上；选项C中的带电粒子所受的洛伦兹力方向 垂直纸面指向纸外；选项D中的带电粒子所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸里， D正确.
名师点评
判断运动电荷所受的洛伦兹力方向时使用左手定则.解题时，要明确所带电荷的 电性与四指指向的关系.对于正电荷，四指指向电荷的运动方向；但对于负电荷，四 指应指向电荷运动的反方向.
对应 训练
A. z轴正方向的磁场
B. y轴负方向的磁场
C. x轴正方向的磁场
D. y轴正方向的磁场
解析：电子带负电，且由阴极向阳极运动，受力沿z轴正向，根据左手定则，四指指 向x轴负向，大拇指指向z轴正向，则手心朝向y轴正向，磁场穿过手心，可知需加y轴 负方向的磁场，故B正确.
B
第*页
研习任务二 洛伦兹力的大小
合作 讨论
如图所示，匀强磁场的磁感应强度大小为B. 设磁场中有一段长度为L的通电导线，横 截面积为S，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q且定向移 动的速率都是v.
（1）导线中的电流是多大？导线在磁场中所受安培力多大？
提示：（1）根据电流的微观决定式，导线中的电流I＝nqSv；由安 培力公式F＝BIL，得导线在磁场中所受安培力F安＝BLnqSv.
（2）长为L的导线中含有的自由电荷数为多少？每个自由电荷所受洛伦兹力多大？
教材 认知
1. 洛伦兹力的大小：电荷量为q的粒子以速度v运动时，如果速度方向与磁感应强度B 的方向 ，那么粒子受到的洛伦兹力为F＝ .
2. 一般表达式：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F ＝ .
3. 当v⊥B，F洛＝ ，即当电荷的速度方向与磁场方向垂直时，电荷受到的洛伦 兹力最大.
4. 当v∥B，F洛＝ ，即当电荷的速度方向与磁场方向平行时，电荷所受洛伦兹力 为零.
5. 当v与B成θ角时，F＝ .
垂直
qvB
qvBsin θ
qvB
0
qvBsin θ
比较项目 洛伦兹力 电场力
性质 磁场对在其中运动电荷的作用力 电场对放入其中的电荷的作用力
产生条件 v≠0且v不与B平行 无条件限制，电场中的电荷一定受到电场 力作用
大小 F＝qvB（v⊥B） F＝qE
力的方向与场方向的关系 一定是F⊥B，F⊥v 正电荷所受电场力的方向与电场方向相 同，负电荷所受电场力的方向与电场方向 相反
[理解] 洛伦兹力和电场力的比较
比较项目 洛伦兹力 电场力
做功情况 任何情况下都不做功 可能做正功、负功或不做功
力F为零时 场的情况 F为零，B不一定为零 F为零，E一定为零
作用效果 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
研习 经典
[典例2] 如图所示，各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均 为v，带电荷量均为q.试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小，并指出洛伦兹 力的方向.
解析：（1）因v⊥B，所以F＝qvB，由左手定则可知洛伦兹力方向垂直纸面向外.
（3）由于v与B平行，所以不受洛伦兹力.
（4）v与B垂直，F＝qvB，方向垂直v指向左上方.
名师点评
空间思维是解此类题目的关键，学会从不同的角度看v与B的关系，在洛伦兹力的 表达式F＝qvBsin θ中，θ是v与B的夹角.我们可以理解为F＝qB·vsin θ，其中vsin θ是速 度在垂直磁场方向上的分量；也可以理解为F＝qv·Bsin θ，其中Bsin θ是B在垂直v方向 上的分量.所以要理解其物理意义，不要死记硬背.
对应 训练
A. 2∶1 B. 1∶1
C. 1∶2 D. 1∶4
解析：带电粒子的速度方向与磁感线方向垂直时，洛伦兹力F＝qvB与电荷量成正 比，与质量无关，C项正确.
C
第*页
研习任务三 带电粒子在匀强磁场中的运动
合作 讨论
如果沿着与磁场垂直的方向发射一束带电粒子（不计重力），这束粒子在匀强磁场中 的运动轨迹会是什么样的呢？
提示：洛伦兹力提供向心力，故只在洛伦兹力的作用下，粒子将做匀速圆周运动，运 动轨迹为圆.
教材 认知
1. 若v∥B，带电粒子（不计重力）所受洛伦兹力F＝ ，所以粒子在磁场中 做 .
2. 若v⊥B，此时初速度方向、洛伦兹力的方向均与磁场方向 ，粒子在垂直 于 方向的平面内运动.
（1）洛伦兹力与粒子的运动方向 ，只改变粒子速度的 ，不改变粒 子速度的 .
（2）带电粒子在垂直于磁场的平面内做 运动， 提供 向心力.
0
匀速直线运动
垂直
磁场
垂直
方向
大小
匀速圆周
洛伦兹力
研习 经典
A. 粒子的速率加倍，周期减半
B. 粒子的速率不变，轨道半径减半
D. 粒子的速率不变，周期减半
BD
对应 训练
A. M带负电，N带正电
B. M的速率小于N的速率
C. 洛伦兹力对M、N不做功
D. M的运动时间大于N的运动时间
AC
A. R1∶R2＝1∶2
B. R1∶R2＝2∶1
C. T1∶T2＝1∶1
D. T1∶T2＝2∶1
A
第*页
课时作业（三）
[基础训练]
A. 洛伦兹力对运动电荷一定不做功
B. 带电粒子在磁场中运动时，一定受到洛伦兹力作用
C. 正电荷在电场中所受电场力的方向就是电场强度的方向
D. 正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向就是磁感应强度的方向
解析：洛伦兹力与速度方向垂直，则对运动电荷一定不做功，A正确；带电粒子在磁 场中运动时，若速度方向与磁场方向平行，则不受洛伦兹力作用，B错误；正电荷在 电场中所受电场力的方向就是电场强度的方向，C正确；正电荷在磁场中所受洛伦兹 力的方向与磁感应强度的方向垂直，D错误；故选AC.
AC
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9
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A. F、B、v三者必定均相互垂直
B. F必定垂直于B、v，但B不一定垂直v
C. B必定垂直于F，但F不一定垂直于v
D. v必定垂直于F，但F不一定垂直于B
解析：洛伦兹力垂直于v与B所决定的平面，但v与B不一定要垂直，但v与B不能平行.
B
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B
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A. 竖直向下沿直线射向地面
B. 相对于预定地点稍向东偏转
C. 相对于预定地点稍向西偏转
D. 相对于预定地点稍向北偏转
解析：由左手定则判断洛伦兹力方向向东，相对于预定地点稍向东偏转.本题粒子相对于地面竖直向下运动，因此不需要同时考虑地球的自转，故选B.
B
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D. 若只改变入射速度方向，粒子不可能经过O点
C
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6. 一束电子（电量为e）以速度v0从磁场右边界垂直射入宽为d，磁感应强度为B的匀 强磁场中，如图所示.电子束离开磁场时速度方向与入射速度方向成30°角.（忽略电 子所受重力.e、v0、B、d已知）
（1）求电子在磁场中运动的轨道半径；
答案：2d
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（2）求电子的质量；
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（3）求电子在磁场中运动时间.
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[能力提升]
A. 小物块一定带正电
B. 小物块在斜面上运动时做匀加速直线运动
C. 小物块在斜面上运动时做加速度增大，而速度也增大的变加速直线运动
B
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A. 导体中电流为I＝neSvL
B. 导体中自由电子个数为N＝nSL
C. 导体放置在垂直纸面向外、磁感应强度为B的磁场中，导线所受 安培力F安＝B（neSv）L
D. 导体放置在垂直纸面向外、磁感应强度为B的磁场中，导线中每 个电子所受洛伦兹力F＝evB
BCD
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A. 滑块在a点受重力、支持力和洛伦兹力作用
C. 洛伦兹力做正功
D. 滑块的机械能增大
B
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10. 如图所示，质量m＝1×10－4 kg的小球，带有q＝5×10－4 C的正电荷，套在一根与 水平方向成θ＝37°角的足够长绝缘杆上.小球可以沿杆滑动，与杆间的动摩擦因数μ ＝0.4，这个装置放在磁感应强度B＝0.5 T的匀强磁场中，求小球无初速释放后沿杆 下滑的最大加速度和最大速度（g＝10 m/s2）.
答案：6 m/s2 9.2 m/s
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解析：小球无初速释放后，所受洛伦兹力方向垂直杆斜向上，开始阶段小球速度小， 洛伦兹力较小，杆对球的支持力垂直杆斜向上，且逐渐减小，当速度达到某值后，支 持力FN减为零，杆对球的摩擦力也减为零，此时球的加速度最大，根据牛顿第二定律 可得mamax＝mgsin θ，解得amax＝6 m/s2.
此后杆对球的支持力垂直于杆向下且随速度的增大而增大，当摩擦力Ff＝mgsin θ时小 球所受合力为零，达到最大速度，此时根据牛顿第二定律得qvmB＝mgcos θ＋FN，Ff ＝mgsin θ，且Ff＝μFN，解得vm＝9.2 m/s.
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第一章 磁场对电流的作用
3.洛伦兹力
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核心素养：1.通过实验，认识洛伦兹力. 2.能判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力 的大小. 3.能用洛伦兹力分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动.
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研习任务一 洛伦兹力及其方向
合作 讨论
如图所示，电子由阴极向阳极运动（向右运动）过程中向下发生了偏转，试问：
（1）什么力使电子偏转？该力的方向如何？
提示：（1）电子在磁场中运动要受到洛伦兹力，是洛伦兹力使电 子运动方向发生偏转，力的方向向下.
（2）电子运动轨迹附近的磁场方向如何？电子所受洛伦兹力与磁场方向、电子运动 方向存在什么关系？
提示：（2）电子运动轨迹附近的磁场方向由N极指向S极，电子所 受洛伦兹力方向与磁场方向以及电子运动方向垂直，我们可以用 左手定则来判断.
教材 认知
1. 初识洛伦兹力
（1）定义： 在磁场中受到的磁场力.
（2）应用：①传统的电视显像管中利用特殊线圈产生的 控制电子偏转、扫 描出画面；②使宇宙射线发生 保护地球.
2. 洛伦兹力方向的判断——左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并 且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心垂直进入，并使 指向正电荷运 动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的 在磁场中所受洛伦兹力的方 向.负电荷受力的方向与正电荷受力的方向 .
运动电荷
磁场
偏转
四指
正电荷
相反
[理解] 洛伦兹力方向的特点
洛伦兹力的方向总是与电荷运动的方向和磁场方向垂直，即洛伦兹力的方向总是垂直 于运动电荷速度方向和磁场方向确定的平面.即F、B、v三个量的方向关系是： F⊥B，F⊥v，但B与v不一定垂直，即F垂直v和B决定的平面，如图所示.
研习 经典
A B
C D
D
解析：根据左手定则可以判断，选项A中的带电粒子所受的洛伦兹力方向向下；选项 B中的带电粒子所受的洛伦兹力方向向上；选项C中的带电粒子所受的洛伦兹力方向 垂直纸面指向纸外；选项D中的带电粒子所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸里， D正确.
名师点评
判断运动电荷所受的洛伦兹力方向时使用左手定则.解题时，要明确所带电荷的 电性与四指指向的关系.对于正电荷，四指指向电荷的运动方向；但对于负电荷，四 指应指向电荷运动的反方向.
对应 训练
A. z轴正方向的磁场
B. y轴负方向的磁场
C. x轴正方向的磁场
D. y轴正方向的磁场
解析：电子带负电，且由阴极向阳极运动，受力沿z轴正向，根据左手定则，四指指 向x轴负向，大拇指指向z轴正向，则手心朝向y轴正向，磁场穿过手心，可知需加y轴 负方向的磁场，故B正确.
B
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研习任务二 洛伦兹力的大小
合作 讨论
如图所示，匀强磁场的磁感应强度大小为B. 设磁场中有一段长度为L的通电导线，横 截面积为S，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q且定向移 动的速率都是v.
（1）导线中的电流是多大？导线在磁场中所受安培力多大？
提示：（1）根据电流的微观决定式，导线中的电流I＝nqSv；由安 培力公式F＝BIL，得导线在磁场中所受安培力F安＝BLnqSv.
（2）长为L的导线中含有的自由电荷数为多少？每个自由电荷所受洛伦兹力多大？
教材 认知
1. 洛伦兹力的大小：电荷量为q的粒子以速度v运动时，如果速度方向与磁感应强度B 的方向 ，那么粒子受到的洛伦兹力为F＝ .
2. 一般表达式：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F ＝ .
3. 当v⊥B，F洛＝ ，即当电荷的速度方向与磁场方向垂直时，电荷受到的洛伦 兹力最大.
4. 当v∥B，F洛＝ ，即当电荷的速度方向与磁场方向平行时，电荷所受洛伦兹力 为零.
5. 当v与B成θ角时，F＝ .
垂直
qvB
qvBsin θ
qvB
0
qvBsin θ
比较项目 洛伦兹力 电场力
性质 磁场对在其中运动电荷的作用力 电场对放入其中的电荷的作用力
产生条件 v≠0且v不与B平行 无条件限制，电场中的电荷一定受到电场 力作用
大小 F＝qvB（v⊥B） F＝qE
力的方向与场方向的关系 一定是F⊥B，F⊥v 正电荷所受电场力的方向与电场方向相 同，负电荷所受电场力的方向与电场方向 相反
[理解] 洛伦兹力和电场力的比较
比较项目 洛伦兹力 电场力
做功情况 任何情况下都不做功 可能做正功、负功或不做功
力F为零时 场的情况 F为零，B不一定为零 F为零，E一定为零
作用效果 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
研习 经典
[典例2] 如图所示，各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均 为v，带电荷量均为q.试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小，并指出洛伦兹 力的方向.
解析：（1）因v⊥B，所以F＝qvB，由左手定则可知洛伦兹力方向垂直纸面向外.
（3）由于v与B平行，所以不受洛伦兹力.
（4）v与B垂直，F＝qvB，方向垂直v指向左上方.
名师点评
空间思维是解此类题目的关键，学会从不同的角度看v与B的关系，在洛伦兹力的 表达式F＝qvBsin θ中，θ是v与B的夹角.我们可以理解为F＝qB·vsin θ，其中vsin θ是速 度在垂直磁场方向上的分量；也可以理解为F＝qv·Bsin θ，其中Bsin θ是B在垂直v方向 上的分量.所以要理解其物理意义，不要死记硬背.
对应 训练
A. 2∶1 B. 1∶1
C. 1∶2 D. 1∶4
解析：带电粒子的速度方向与磁感线方向垂直时，洛伦兹力F＝qvB与电荷量成正 比，与质量无关，C项正确.
C
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研习任务三 带电粒子在匀强磁场中的运动
合作 讨论
如果沿着与磁场垂直的方向发射一束带电粒子（不计重力），这束粒子在匀强磁场中 的运动轨迹会是什么样的呢？
提示：洛伦兹力提供向心力，故只在洛伦兹力的作用下，粒子将做匀速圆周运动，运 动轨迹为圆.
教材 认知
1. 若v∥B，带电粒子（不计重力）所受洛伦兹力F＝ ，所以粒子在磁场中 做 .
2. 若v⊥B，此时初速度方向、洛伦兹力的方向均与磁场方向 ，粒子在垂直 于 方向的平面内运动.
（1）洛伦兹力与粒子的运动方向 ，只改变粒子速度的 ，不改变粒 子速度的 .
（2）带电粒子在垂直于磁场的平面内做 运动， 提供 向心力.
0
匀速直线运动
垂直
磁场
垂直
方向
大小
匀速圆周
洛伦兹力
研习 经典
A. 粒子的速率加倍，周期减半
B. 粒子的速率不变，轨道半径减半
D. 粒子的速率不变，周期减半
BD
对应 训练
A. M带负电，N带正电
B. M的速率小于N的速率
C. 洛伦兹力对M、N不做功
D. M的运动时间大于N的运动时间
AC
A. R1∶R2＝1∶2
B. R1∶R2＝2∶1
C. T1∶T2＝1∶1
D. T1∶T2＝2∶1
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课时作业（三）
[基础训练]
A. 洛伦兹力对运动电荷一定不做功
B. 带电粒子在磁场中运动时，一定受到洛伦兹力作用
C. 正电荷在电场中所受电场力的方向就是电场强度的方向
D. 正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向就是磁感应强度的方向
解析：洛伦兹力与速度方向垂直，则对运动电荷一定不做功，A正确；带电粒子在磁 场中运动时，若速度方向与磁场方向平行，则不受洛伦兹力作用，B错误；正电荷在 电场中所受电场力的方向就是电场强度的方向，C正确；正电荷在磁场中所受洛伦兹 力的方向与磁感应强度的方向垂直，D错误；故选AC.
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A. F、B、v三者必定均相互垂直
B. F必定垂直于B、v，但B不一定垂直v
C. B必定垂直于F，但F不一定垂直于v
D. v必定垂直于F，但F不一定垂直于B
解析：洛伦兹力垂直于v与B所决定的平面，但v与B不一定要垂直，但v与B不能平行.
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A. 竖直向下沿直线射向地面
B. 相对于预定地点稍向东偏转
C. 相对于预定地点稍向西偏转
D. 相对于预定地点稍向北偏转
解析：由左手定则判断洛伦兹力方向向东，相对于预定地点稍向东偏转.本题粒子相对于地面竖直向下运动，因此不需要同时考虑地球的自转，故选B.
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D. 若只改变入射速度方向，粒子不可能经过O点
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6. 一束电子（电量为e）以速度v0从磁场右边界垂直射入宽为d，磁感应强度为B的匀 强磁场中，如图所示.电子束离开磁场时速度方向与入射速度方向成30°角.（忽略电 子所受重力.e、v0、B、d已知）
（1）求电子在磁场中运动的轨道半径；
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（2）求电子的质量；
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[能力提升]
A. 小物块一定带正电
B. 小物块在斜面上运动时做匀加速直线运动
C. 小物块在斜面上运动时做加速度增大，而速度也增大的变加速直线运动
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A. 导体中电流为I＝neSvL
B. 导体中自由电子个数为N＝nSL
C. 导体放置在垂直纸面向外、磁感应强度为B的磁场中，导线所受 安培力F安＝B（neSv）L
D. 导体放置在垂直纸面向外、磁感应强度为B的磁场中，导线中每 个电子所受洛伦兹力F＝evB
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A. 滑块在a点受重力、支持力和洛伦兹力作用
C. 洛伦兹力做正功
D. 滑块的机械能增大
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10. 如图所示，质量m＝1×10－4 kg的小球，带有q＝5×10－4 C的正电荷，套在一根与 水平方向成θ＝37°角的足够长绝缘杆上.小球可以沿杆滑动，与杆间的动摩擦因数μ ＝0.4，这个装置放在磁感应强度B＝0.5 T的匀强磁场中，求小球无初速释放后沿杆 下滑的最大加速度和最大速度（g＝10 m/s2）.
答案：6 m/s2 9.2 m/s
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解析：小球无初速释放后，所受洛伦兹力方向垂直杆斜向上，开始阶段小球速度小， 洛伦兹力较小，杆对球的支持力垂直杆斜向上，且逐渐减小，当速度达到某值后，支 持力FN减为零，杆对球的摩擦力也减为零，此时球的加速度最大，根据牛顿第二定律 可得mamax＝mgsin θ，解得amax＝6 m/s2.
此后杆对球的支持力垂直于杆向下且随速度的增大而增大，当摩擦力Ff＝mgsin θ时小 球所受合力为零，达到最大速度，此时根据牛顿第二定律得qvmB＝mgcos θ＋FN，Ff ＝mgsin θ，且Ff＝μFN，解得vm＝9.2 m/s.
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