《学霸笔记 同步精讲》第1章 安培力与洛伦兹力 2.磁场对运动电荷的作用力（课件）高中物理人教版选择性必修2
文档属性
| 名称 | 《学霸笔记 同步精讲》第1章 安培力与洛伦兹力 2.磁场对运动电荷的作用力（课件）高中物理人教版选择性必修2 |
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| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 3.5MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2026-03-10 00:00:00 | ||
图片预览
文档简介
(共33张PPT)
2.磁场对运动电荷的作用力
第一章
2026
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
课 标 定 位
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.了解洛伦兹力公式的推导过程,会用公式分析求解洛伦兹力。
3.了解电视显像管的基本构造和工作原理。
素 养 阐 释
1.通过对洛伦兹力和电视显像管的基本构造及工作的基本原理的学习,形成物理观念。
2.会用左手定则判断洛伦兹力的方向,掌握洛伦兹力公式的推导过程,会计算洛伦兹力的大小,掌握科学思维的方法。
自主预习·新知导学
一、洛伦兹力的方向
1.洛伦兹力
(1)定义:运动电荷在磁场中受到的力。
(2)与安培力的关系:通电导线在磁场中受到的安培力是洛伦兹力的宏观表现。
2.左手定则
(1)内容: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,并使四指指向正电荷运动的方向,这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。
(2)负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反。
二、洛伦兹力的大小
1.当v⊥B时,F= qvB。
2.当v∥B时,F= 0 。
3.当v与B成θ角时,F= qvBsin θ 。
三、电子束的磁偏转
1.显像管的构造:如图所示,由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成。
2.原理:
(1)电子枪发射高速电子。
(2)电子束在磁场中偏转。
(3)荧光屏被电子束撞击发光。
3.扫描:在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场,其方向、强弱都在不断变化,使得电子束打在荧光屏上的光点从上向下、从左向右不断移动。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)运动的电荷在磁场中受的力叫洛伦兹力,正电荷所受的洛伦兹力的方向与磁场方向相同,负电荷所受的洛伦兹力的方向与磁场方向相反。( )
(2)判断电荷所受洛伦兹力的方向时应同时考虑电荷的电性。( )
(3)运动电荷在磁场中一定受洛伦兹力。( )
(4)同一电荷,以相同大小的速度进入磁场,速度方向不同时,洛伦兹力的大小也可能相同。( )
×
√
×
√
2.怎样判断负电荷在磁场中运动时受洛伦兹力的方向
提示:负电荷在磁场中受力的方向与正电荷在磁场中受力的方向相反,利用左手定则判断时,应使四指指向负电荷运动的反方向,那么此时拇指所指的方向就是运动的负电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。
3.如图所示,正电荷q以速度v进入匀强磁场中,速度方向与磁感应强度方向间的夹角为θ,匀强磁场的磁感应强度为B。
(1)电荷q所受的洛伦兹力的方向沿什么方向
(2)电荷q所受的洛伦兹力是多大
提示:(1)垂直于纸面向里。(2)qvBsin θ。
4.下图为电视显像管的工作原理图(俯视图),从图中可以看出,没有磁场时,电子束打在荧光屏正中的O点。为使电子束偏转,由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场。
(1)如果要使电子束打在荧光屏上的A点,磁场应该沿什么方向
(2)如果要使电子束打在B点,磁场应该沿什么方向
(3)如果要使电子束打在荧光屏上的位置由B点逐渐向A点移动,磁场应该怎样变化
提示:(1)垂直于纸面向外。
(2)垂直于纸面向里。
(3)先垂直于纸面向里,使磁感应强度逐渐减弱,然后再反向逐渐增强。
合作探究·释疑解惑
知识点一
洛伦兹力的方向
【问题引领】
如图所示,电子由阴极向阳极运动过程中发生了向下偏转。
(1)什么力使电子向下偏转 该力的方向如何
(2)电子运动轨迹附近的磁场方向如何
电子所受洛伦兹力的方向与磁场方向、电子运动方向存在什么关系
提示:(1)洛伦兹力 向下
(2)磁场方向向里 电子所受洛伦兹力与磁场方向垂直,与电子运动方向垂直,满足左手定则
【归纳提升】
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,若只让一个因素相反,则洛伦兹力方向必定相反;若同时让两个因素相反,则洛伦兹力方向将不变。
2.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。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。
3.由于洛伦兹力的方向总是跟运动电荷的速度方向垂直,因此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。
利用左手定则判断洛伦兹力方向时,四指指向也可以理解为总是指向等效电流的方向。
【典型例题】
【例题1】 试判断图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向,其中垂直于纸面指向纸里的是( )
答案:D
解析:根据左手定则可以判断,选项A中的负电荷所受的洛伦兹力方向向下;选项B中的负电荷所受的洛伦兹力方向向上;选项C中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸外;选项D中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸里,D正确。
用左手定则判断洛伦兹力方向时,要特别注意运动电荷的正负,四指应指向正电荷运动的方向,指向负电荷运动的反方向,那么拇指所指的方向就是洛伦兹力的方向。
【变式训练1】 如图所示,一带负电的粒子(不计重力)进入磁场中,图中的磁场方向、速度方向及带电粒子所受的洛伦兹力方向正确的是( )
答案:C
解析:A图中带负电的粒子向右运动,掌心向外,四指所指的方向向左,拇指所指的方向向下,选项A错误。B图中带负电粒子的运动方向与磁感线平行,此时粒子不受洛伦兹力的作用,选项B错误。C图中带负电的粒子向右运动,掌心向外,四指所指的方向向左,拇指所指的方向向下,选项C正确。D图中带负电的粒子向上运动,掌心向里,四指应向下,拇指所指的方向向左,选项D错误。
知识点二
洛伦兹力的大小
【问题引领】
如图所示,磁场的磁感应强度为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且定向运动的速率都是v。
(1)导线中的电流是多少 导线在磁场中所受安培力多大
(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
【归纳提升】
1.洛伦兹力与安培力的关系
(1)安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现,而洛伦兹力是安培力的微观本质。
(2)洛伦兹力对电荷不做功,但安培力却可以对导体做功。
2.洛伦兹力的大小:F=qvBsin θ,θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角。
(1)当θ=90°时,v⊥B,F=qvB,即运动方向与磁场方向垂直时,洛伦兹力最大。
(2)当θ=0°时,v∥B,F=0,即运动方向与磁场方向平行时,电荷不受洛伦兹力。
3.洛伦兹力与电场力的比较
【典型例题】
【例题2】 如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于纸面向外,质量为m、电荷量为q的小球在倾角为α的足够长的光滑绝缘斜面由静止开始下滑。带电小球下滑后某个时刻对斜面的压力恰好为0。
(1)小球的带电性质如何
(2)此时小球下滑的速度和位移分别为多大
解析:(1)小球沿斜面下滑,其对斜面的压力为0,说明其受到的洛伦兹力应垂直斜面向上,根据左手定则可判断小球带正电。
(2)当小球对斜面压力为0时,有
mgcos α=qvB
由于小球沿斜面方向做匀加速运动,加速度为a=gsin α,由匀变速直线运动的位移公式v2=2ax,得
1.带电体在匀强磁场中速度变化时洛伦兹力的大小往往随之变化,并进一步导致弹力、摩擦力的变化,带电体在变力作用下将做变加速运动。
2.利用牛顿运动定律和平衡条件分析各物理量的动态变化时,要注意弹力为零的临界状态的出现,此状态是弹力方向发生改变的转折点。
3.分析带电物体在磁场中的运动,分析方法与力学中完全一样:对物体进行受力分析,求合外力,用牛顿第二定律、运动学方程或动能定理等列方程。
【变式训练2】 质量为m、电荷量为q的微粒,以速度v与水平方向成45°角进入匀强电场和匀强磁场同时存在的空间,如图所示,微粒在电场、磁场、重力场的共同作用下做匀速直线运动。
(1)求电场强度的大小和微粒所带电荷的电性;
(2)求磁感应强度的大小。
解析:(1)微粒做匀速直线运动,所受合力必为零,微粒受重力mg、电场力qE、洛伦兹力qvB,由此可知,微粒带正电,受力如图所示,qE=mg,
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(洛伦兹力的方向)在阴极射线管中电子流方向由左向右,其上方放置一根通有如图所示电流的直导线,导线与阴极射线管平行,则阴极射线将会
( )
A.向上偏转 B.向下偏转
C.向纸内偏转 D.向纸外偏转
答案:B
解析:由题意可知,直线电流的方向由左向右,根据安培定则,可判定直导线下方的磁场方向为垂直于纸面向里,而阴极射线电子运动方向由左向右,由左手定则知(电子带负电,四指要指向其运动方向的反方向),阴极射线将向下偏转,故B选项正确。
2.(洛伦兹力的大小)两个带电粒子以相同的速度垂直于磁感线方向进入同一匀强磁场,两粒子质量之比为1∶4,电荷量之比为1∶2,则两带电粒子所受洛伦兹力之比为( )
A.2∶1 B.1∶1
C.1∶2 D.1∶4
答案:C
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。
3.(电子束的磁偏转)如图所示,电子枪发射电子经加速后沿虚线方向进入匀强磁场区域(图中圆内),沿图中实线方向射出磁场,最后打在屏上P点,则磁场的方向可能为( )
A.垂直于纸面向外 B.垂直于纸面向内
C.平行于纸面向上 D.平行于纸面向右
答案:A
解析:电子受到的洛伦兹力方向向上,根据左手定则可得磁场的方向可能垂直于纸面向外,A正确。
4.(带电体在叠加场中的运动)(多选)如图所示,匀强磁场方向水平向里,匀强电场方向竖直向下,有一正离子恰能沿直线从左向右水平飞越此区域。现有一电子以和正离子相同的速率飞入此区域,不计电子和正离子重力,下列说法正确的是( )
A.若电子从右向左飞入,电子也沿直线运动
B.若电子从右向左飞入,电子将向上偏转
C.若电子从右向左飞入,电子将向下偏转
D.若电子从左向右飞入,电子也沿直线运动
答案:BD
解析:若电子从右向左飞入,电场力向上,洛伦兹力也向上,电子将向上偏转, B正确;若电子从左向右飞入,电场力向上,洛伦兹力向下。由题意,对正离子qE=Bqv,E=Bv,与q无关,所以电子从左向右飞,也做匀速直线运动,D正确。
2.磁场对运动电荷的作用力
第一章
2026
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
课 标 定 位
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.了解洛伦兹力公式的推导过程,会用公式分析求解洛伦兹力。
3.了解电视显像管的基本构造和工作原理。
素 养 阐 释
1.通过对洛伦兹力和电视显像管的基本构造及工作的基本原理的学习,形成物理观念。
2.会用左手定则判断洛伦兹力的方向,掌握洛伦兹力公式的推导过程,会计算洛伦兹力的大小,掌握科学思维的方法。
自主预习·新知导学
一、洛伦兹力的方向
1.洛伦兹力
(1)定义:运动电荷在磁场中受到的力。
(2)与安培力的关系:通电导线在磁场中受到的安培力是洛伦兹力的宏观表现。
2.左手定则
(1)内容: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,并使四指指向正电荷运动的方向,这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。
(2)负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反。
二、洛伦兹力的大小
1.当v⊥B时,F= qvB。
2.当v∥B时,F= 0 。
3.当v与B成θ角时,F= qvBsin θ 。
三、电子束的磁偏转
1.显像管的构造:如图所示,由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成。
2.原理:
(1)电子枪发射高速电子。
(2)电子束在磁场中偏转。
(3)荧光屏被电子束撞击发光。
3.扫描:在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场,其方向、强弱都在不断变化,使得电子束打在荧光屏上的光点从上向下、从左向右不断移动。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)运动的电荷在磁场中受的力叫洛伦兹力,正电荷所受的洛伦兹力的方向与磁场方向相同,负电荷所受的洛伦兹力的方向与磁场方向相反。( )
(2)判断电荷所受洛伦兹力的方向时应同时考虑电荷的电性。( )
(3)运动电荷在磁场中一定受洛伦兹力。( )
(4)同一电荷,以相同大小的速度进入磁场,速度方向不同时,洛伦兹力的大小也可能相同。( )
×
√
×
√
2.怎样判断负电荷在磁场中运动时受洛伦兹力的方向
提示:负电荷在磁场中受力的方向与正电荷在磁场中受力的方向相反,利用左手定则判断时,应使四指指向负电荷运动的反方向,那么此时拇指所指的方向就是运动的负电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。
3.如图所示,正电荷q以速度v进入匀强磁场中,速度方向与磁感应强度方向间的夹角为θ,匀强磁场的磁感应强度为B。
(1)电荷q所受的洛伦兹力的方向沿什么方向
(2)电荷q所受的洛伦兹力是多大
提示:(1)垂直于纸面向里。(2)qvBsin θ。
4.下图为电视显像管的工作原理图(俯视图),从图中可以看出,没有磁场时,电子束打在荧光屏正中的O点。为使电子束偏转,由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场。
(1)如果要使电子束打在荧光屏上的A点,磁场应该沿什么方向
(2)如果要使电子束打在B点,磁场应该沿什么方向
(3)如果要使电子束打在荧光屏上的位置由B点逐渐向A点移动,磁场应该怎样变化
提示:(1)垂直于纸面向外。
(2)垂直于纸面向里。
(3)先垂直于纸面向里,使磁感应强度逐渐减弱,然后再反向逐渐增强。
合作探究·释疑解惑
知识点一
洛伦兹力的方向
【问题引领】
如图所示,电子由阴极向阳极运动过程中发生了向下偏转。
(1)什么力使电子向下偏转 该力的方向如何
(2)电子运动轨迹附近的磁场方向如何
电子所受洛伦兹力的方向与磁场方向、电子运动方向存在什么关系
提示:(1)洛伦兹力 向下
(2)磁场方向向里 电子所受洛伦兹力与磁场方向垂直,与电子运动方向垂直,满足左手定则
【归纳提升】
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,若只让一个因素相反,则洛伦兹力方向必定相反;若同时让两个因素相反,则洛伦兹力方向将不变。
2.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。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。
3.由于洛伦兹力的方向总是跟运动电荷的速度方向垂直,因此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。
利用左手定则判断洛伦兹力方向时,四指指向也可以理解为总是指向等效电流的方向。
【典型例题】
【例题1】 试判断图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向,其中垂直于纸面指向纸里的是( )
答案:D
解析:根据左手定则可以判断,选项A中的负电荷所受的洛伦兹力方向向下;选项B中的负电荷所受的洛伦兹力方向向上;选项C中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸外;选项D中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸里,D正确。
用左手定则判断洛伦兹力方向时,要特别注意运动电荷的正负,四指应指向正电荷运动的方向,指向负电荷运动的反方向,那么拇指所指的方向就是洛伦兹力的方向。
【变式训练1】 如图所示,一带负电的粒子(不计重力)进入磁场中,图中的磁场方向、速度方向及带电粒子所受的洛伦兹力方向正确的是( )
答案:C
解析:A图中带负电的粒子向右运动,掌心向外,四指所指的方向向左,拇指所指的方向向下,选项A错误。B图中带负电粒子的运动方向与磁感线平行,此时粒子不受洛伦兹力的作用,选项B错误。C图中带负电的粒子向右运动,掌心向外,四指所指的方向向左,拇指所指的方向向下,选项C正确。D图中带负电的粒子向上运动,掌心向里,四指应向下,拇指所指的方向向左,选项D错误。
知识点二
洛伦兹力的大小
【问题引领】
如图所示,磁场的磁感应强度为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且定向运动的速率都是v。
(1)导线中的电流是多少 导线在磁场中所受安培力多大
(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
【归纳提升】
1.洛伦兹力与安培力的关系
(1)安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现,而洛伦兹力是安培力的微观本质。
(2)洛伦兹力对电荷不做功,但安培力却可以对导体做功。
2.洛伦兹力的大小:F=qvBsin θ,θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角。
(1)当θ=90°时,v⊥B,F=qvB,即运动方向与磁场方向垂直时,洛伦兹力最大。
(2)当θ=0°时,v∥B,F=0,即运动方向与磁场方向平行时,电荷不受洛伦兹力。
3.洛伦兹力与电场力的比较
【典型例题】
【例题2】 如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于纸面向外,质量为m、电荷量为q的小球在倾角为α的足够长的光滑绝缘斜面由静止开始下滑。带电小球下滑后某个时刻对斜面的压力恰好为0。
(1)小球的带电性质如何
(2)此时小球下滑的速度和位移分别为多大
解析:(1)小球沿斜面下滑,其对斜面的压力为0,说明其受到的洛伦兹力应垂直斜面向上,根据左手定则可判断小球带正电。
(2)当小球对斜面压力为0时,有
mgcos α=qvB
由于小球沿斜面方向做匀加速运动,加速度为a=gsin α,由匀变速直线运动的位移公式v2=2ax,得
1.带电体在匀强磁场中速度变化时洛伦兹力的大小往往随之变化,并进一步导致弹力、摩擦力的变化,带电体在变力作用下将做变加速运动。
2.利用牛顿运动定律和平衡条件分析各物理量的动态变化时,要注意弹力为零的临界状态的出现,此状态是弹力方向发生改变的转折点。
3.分析带电物体在磁场中的运动,分析方法与力学中完全一样:对物体进行受力分析,求合外力,用牛顿第二定律、运动学方程或动能定理等列方程。
【变式训练2】 质量为m、电荷量为q的微粒,以速度v与水平方向成45°角进入匀强电场和匀强磁场同时存在的空间,如图所示,微粒在电场、磁场、重力场的共同作用下做匀速直线运动。
(1)求电场强度的大小和微粒所带电荷的电性;
(2)求磁感应强度的大小。
解析:(1)微粒做匀速直线运动,所受合力必为零,微粒受重力mg、电场力qE、洛伦兹力qvB,由此可知,微粒带正电,受力如图所示,qE=mg,
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(洛伦兹力的方向)在阴极射线管中电子流方向由左向右,其上方放置一根通有如图所示电流的直导线,导线与阴极射线管平行,则阴极射线将会
( )
A.向上偏转 B.向下偏转
C.向纸内偏转 D.向纸外偏转
答案:B
解析:由题意可知,直线电流的方向由左向右,根据安培定则,可判定直导线下方的磁场方向为垂直于纸面向里,而阴极射线电子运动方向由左向右,由左手定则知(电子带负电,四指要指向其运动方向的反方向),阴极射线将向下偏转,故B选项正确。
2.(洛伦兹力的大小)两个带电粒子以相同的速度垂直于磁感线方向进入同一匀强磁场,两粒子质量之比为1∶4,电荷量之比为1∶2,则两带电粒子所受洛伦兹力之比为( )
A.2∶1 B.1∶1
C.1∶2 D.1∶4
答案:C
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。
3.(电子束的磁偏转)如图所示,电子枪发射电子经加速后沿虚线方向进入匀强磁场区域(图中圆内),沿图中实线方向射出磁场,最后打在屏上P点,则磁场的方向可能为( )
A.垂直于纸面向外 B.垂直于纸面向内
C.平行于纸面向上 D.平行于纸面向右
答案:A
解析:电子受到的洛伦兹力方向向上,根据左手定则可得磁场的方向可能垂直于纸面向外,A正确。
4.(带电体在叠加场中的运动)(多选)如图所示,匀强磁场方向水平向里,匀强电场方向竖直向下,有一正离子恰能沿直线从左向右水平飞越此区域。现有一电子以和正离子相同的速率飞入此区域,不计电子和正离子重力,下列说法正确的是( )
A.若电子从右向左飞入,电子也沿直线运动
B.若电子从右向左飞入,电子将向上偏转
C.若电子从右向左飞入,电子将向下偏转
D.若电子从左向右飞入,电子也沿直线运动
答案:BD
解析:若电子从右向左飞入,电场力向上,洛伦兹力也向上,电子将向上偏转, B正确;若电子从左向右飞入,电场力向上,洛伦兹力向下。由题意,对正离子qE=Bqv,E=Bv,与q无关,所以电子从左向右飞,也做匀速直线运动,D正确。