1、1 新情境激趣引航2 新知识预习探索 学习目标 1.通过实验探究，感受磁场对运动电荷有力的作用2.知道什么是洛伦兹力，会用左手定则判断洛伦兹力的方向3.掌握洛伦兹力公式的推导过程，会用公式求洛伦兹力4.了解电视显像管的基本构造和工作原理新知预习一、洛伦兹力1定义：运动电荷在磁场中所受的力2与安培力的关系：通电导线在磁场中所受的安培力是洛伦兹力的宏观表现，而洛伦兹力是安培力的微观本质二、洛伦兹力的方向和大小1洛伦兹力的方向(1)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平面内让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动方向，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
2、的方向负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反(2)特点：洛伦兹力的方向与电荷运动方向和磁场方向都垂直，洛伦兹力只改变带电粒子的运动方向，不改变速度大小，对电荷不做功2洛伦兹力的大小(1)一般公式：FqvBsin，其中 为速度方向与磁感应强度方向的夹角(2)当 vB 时，FqvB.(3)当 vB 时，F0.三、电视机显像管的工作原理1电视机显像管应用了电子束磁偏转的原理2扫描：电子束打在荧光屏上的位置在偏转磁场的控制下一行一行的不断移动3偏转线圈：产生使电子束偏转的磁场问题探索想一想问题 1 为什么洛伦兹力不会对运动电荷做功？【答案】洛伦兹力的方向总是跟运动电荷的速度方向垂直，洛伦兹力的瞬时功率
3、每时每刻都等于零，所以洛伦兹力不会对运动电荷做功问题 2 显像管工作时，电子束是依次扫描荧光屏上各点，可为什么我们觉察不到荧光屏的闪烁？【答案】这是由于眼睛的视觉暂留现象，当电子束扫描频率达到人眼的临界闪烁频率时，由于视觉暂留的原因，人眼就感觉不到荧光屏的闪烁3新课堂互动探究知识点一对洛伦兹力的进一步理解重点聚焦1安培力与洛伦兹力的联系安培力是电流所受的磁场力，而电流是由大量电荷的定向移动引起的，所以安培力是大量粒子受到洛伦兹力的宏观表现如图所示，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，电荷的电荷量为 q，运动速度为 v，则安培力 FILBnF 洛所以洛伦兹力 F 洛
4、FnILBn因为 INqSv(N 为单位体积的电荷数)所以 F 洛NqSvLBnNSLn qvB，式中 nNSL，故 F 洛qvB.2决定洛伦兹力方向的因素(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，如果只让一个因素相反，则洛伦兹力方向必定相反；如果同时让两个因素相反，则洛伦兹力方向将不变(2)在研究电荷的运动方向与磁场方向垂直的情况时，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 两者所决定的平面特别提醒安培力与洛伦兹力既相互联系，又有显著的区别：(1)尽管安培力
5、是自由电荷定向移动时受到的洛伦兹力的宏观表现，但也不能认为安培力就简单地等于所有定向移动电荷所受洛伦兹力的和，一般只有当导体静止时才能这样认为(2)洛伦兹力恒不做功，但安培力却可以做功典例精析 在如图所示的各图中，匀强磁场的磁感应强度均为 B，带电粒子的速度均为 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，并指明洛伦兹力的方向【解析】(1)因 v 垂直于 B，所以 FqvB，方向与 v 垂直斜向上(2)v 与 B 的夹角为 30，FqvBsin3012qvB.方向垂直纸面向里(3)由于 v 与 B 平行，所以不受洛伦兹力(4)v 与 B 垂直，FqvB，方向与 v 垂直斜向上【
6、答案】见解析【方法归纳】计算洛伦兹力的大小时，注意公式中的 是 v 与B 的夹角洛伦兹力的方向既垂直于 v 又垂直于 B.跟踪练习1两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，两粒子质量之比为：4，电量之比为：2，则两带电粒子受洛伦兹力之比为()A2：1 B：1C：2 D：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FqvB，与电荷量成正比，与质量无关，C 项正确【答案】C知识点二洛伦兹力与电场力的比较重点聚焦洛伦兹力和电场力是带电粒子在两种不同的场中受到的力，反映了磁场和电场都有力的性质，但这两种力的区别也是十分明显的.洛伦兹力电场力力的概念运动电荷在磁场中所受的作用
7、力电场对放入其中的电荷的作用力产生条件在磁场中运动的电荷，运动方向与磁场方向不平行，将受到洛伦兹力电场中的电荷无论静止还是沿任何方向运动都要受到电场力方向“横向力”方向由电荷正负、磁场方向以及电荷运动方向决定，方向之间关系遵循左手定则洛伦兹力方向一定垂直于磁场方向以及电荷运动方向(电荷运动方向与磁场方向不一定垂直)“纵向力”方向由电荷正负、电场方向决定正电荷受力方向与电场方向一致，负电荷受力方向与电场方向相反大小当 vB 时，FqvB当 vB 时，F0当 v 与 B 夹角为 时，FqvBsinFqE做功情况一定不做功可能做正功，可能做负功，也可能不做功特别提醒(1)洛伦兹力与电场力都是电荷受到
8、的场力，它们的本质不同，受力条件也不同(2)电场力不受电荷运动状态的影响，而洛伦兹力正好相反，当电荷的速度变化时，洛伦兹力会发生变化典例精析 在相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，有一倾角为、足够长的光滑绝缘斜面，磁感应强度为 B，方向垂直于纸面向外，电场方向竖直向上有一质量为 m、带电荷量为q 的小球静止在斜面顶端，这时小球对斜面的正压力恰好为零，如图所示，若迅速把电场方向反转为竖直向下，小球能在斜面上连续滑行多远？所用时间是多少？【解析】电场反转前：mgqE电场反转后，小球先沿斜面向下做匀加速直线运动，到对斜面压力减为零时开始离开斜面，此时有：qvB(mgqE)cos小球在斜面上滑行的距离为：
9、x12vt12at2a2gsin联立得 xm2gcos2q2B2sin，所用时间为 tmcotqB.【答案】m2gcos2q2B2sin mcotqB【方法归纳】(1)电荷只要处在电场中就一定受到电场力作用，即电场力与电荷的运动状态无关(2)只有运动的电荷才可能受洛伦兹力由 FqvB，当洛伦兹力是变力时，力产生的效果比较复杂解决此类问题要从受力分析入手，寻找临界状态，从而得出正确结果跟踪练习2.如图所示，质量为 m 的带正电小球能沿着竖直的绝缘墙竖直下滑，磁感应强度为 B 的匀强磁场方向水平，并与小球运动方向垂直若小球的电荷量为q，球与墙间的动摩擦因数为，则小球下滑的最大速度和最大加速度分别为
10、多少？【解析】加速度为零时速度最大，则 qvBmg，故 v mgqB.开始时速度为零，加速度最大为 g.【答案】mgqB g知识点三速度选择器和磁流体发电机重点聚焦1速度选择器如图所示，运动方向相同而速率不同的正粒子组成的粒子束射入相互正交的匀强电场和匀强磁场所组成的场区中，所受重力可忽略不计已知电场强度为 E，方向向下磁场的磁感应强度为 B，方向垂直于纸面向里若粒子轨迹不发生偏折，必须满足平衡条件 qvBqE，故 vEB，这样就把满足 vEB的粒子在速度选择器中选择出来了粒子速度选择器具有以下特点：(1)粒子的受力特点：静电力(F)与洛伦兹力(F)方向相反(重力忽略不计)(2)粒子匀速通过速
11、度选择器的条件：带电粒子从小孔 S1 水平射入，匀速通过叠加场，并从小孔 S2 水平射出(以正交的叠加场为例，如图所示)(3)从力的角度看：静电力与洛伦兹力平衡，即 EqBqv0.(4)从速度的角度看：v0 的大小等于 E 与 B 的比值，即 v0EB.可知速度选择器只对选择的粒子速度有要求，而对粒子的质量、电荷量大小及正、负无要求(5)当 vEB时，粒子向 F方向偏转，F 做负功，粒子的动能减小，电势能增大(6)当 vE/B，电子沿轨迹运动，射出场区时，速度 vv0B若 v0E/B，电子沿轨迹运动，射出场区时，速度 vv0C若 v0v0D若 v0E/B，电子沿轨迹运动，射出场区时，速度 vE
12、B，即 qv0BqE 时，电子将向下偏，轨迹为，电场力做负功，洛伦兹力不做功，射出场区时，速度 vv0；当 v0v0，当v0EB时，电子将沿直线水平向右飞出故答案为 B、C.【答案】BC4(多选)下列有关带电粒子运动的说法中正确的是(不计重力)()A沿着电场线方向飞入匀强电场，动能、速度都变化B沿着磁感线方向飞入匀强磁场，动能、速度都不变C垂直于磁感线方向飞入匀强磁场，动能、速度都变化D垂直于磁感线方向飞入匀强磁场，速度不变，动能改变【解析】带电粒子沿电场线方向飞入匀强电场将会加速或减速，故 A 正确；当沿磁感线方向飞入匀强磁场时所受洛伦兹力为零，故 B正确；当垂直进入磁场时，速度大小不会变而
13、方向会改变，故 C、D错【答案】AB5.(多选)如图所示，一个带负电的滑环套在水平且足够长的粗糙的绝缘杆上，整个装置处于方向如图所示的匀强磁场 B 中现给滑环施以一个水平向右的瞬时速度，使其沿杆运动，则滑环在杆上的运动情况可能是()A始终做匀速运动B开始做减速运动，最后静止于杆上C先做加速运动，最后做匀速运动D先做减速运动，最后做匀速运动【解析】带电滑环向右运动所受洛伦兹力方向向上，其大小与滑环初速度大小有关由于滑环初速度的大小未具体给定，因而洛伦兹力与滑环重力可出现三种不同的关系：(1)当洛伦兹力等于重力，则滑环做匀速运动；(2)当洛伦兹力小于重力，滑环将做减速运动，最后停在杆上(3)当洛伦
14、兹力开始时大于重力，滑环所受的洛伦兹力随速度减小而减小，滑环与杆之间的挤压力将逐渐减小，因而滑环所受的摩擦力减小，当挤压力为零时，摩擦力为零，滑环做匀速运动【答案】ABD5新视点名师讲座复合场中带电粒子的运动在电场、磁场中电荷的受力方向都与电荷的正负有关，一定要明确是正电荷受力，还是负电荷受力另外，分析带电粒子的受力情况时，不要轻易丢掉重力受力分析后，根据运动状态，列平衡方程或牛顿第二定律方程求解 如图所示，匀强电场方向水平向右，匀强磁场方向垂直于纸面向里，一质量为 m、带电荷量为 q 的微粒以速度 v 与磁场方向垂直、与电场成 45角射入复合场中，恰能做匀速直线运动，求电场强度 E 和磁感应强度 B 的大小【解析】假设粒子带负电，则所受静电力方向水平向左，洛伦兹力方向斜向右下方与 v 垂直，可以从力的平衡条件判断出这样的粒子不可能做匀速直线运动，所以粒子应带正电荷，受力情况如图所示根据合外力为零可得mgqvBsin45，qEqvBcos45，由两式可得 B 2mgqv，Emgq.【答案】Emgq B 2mgqv【点拨】(1)对带电粒子进行受力分析时，注意重力是否可以忽略，判断洛伦兹力方向时，注意电荷的正负(2)根据粒子的运动状态列方程求解，如静止或做匀速直线运动，则受力平衡，列平衡方程求解.