高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第三节 洛伦兹力说课课件ppt

这是一份高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第三节 洛伦兹力说课课件ppt，共56页。PPT课件主要包含了课前·自主预习，洛伦兹力的认识和方向，运动电荷，磁感线，大拇指，洛伦兹力，微思考，洛伦兹力的大小，qvB，qvBsinθ等内容，欢迎下载使用。

1．洛伦兹力的定义：____________在磁场中所受的作用力．2．洛伦兹力的方向(1)实验观察——阴极射线在磁场中的偏转．①没有磁场时电子束是一条________．②将一蹄形磁铁跨放在阴极射线管外面，电子流运动轨迹发生__________．
(2)左手定则判断洛伦兹力的方向：伸开左手，使大拇指与其余四个手指________，并且都与手掌在同一个平面内；让________穿过掌心，并使四指指向________电荷运动的方向，这时________所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受____________的方向．负电荷受力的方向与正电荷受力的方向________．
正电荷所受洛伦兹力的方向，负电荷所受洛伦兹力的方向以及导线所受安培力的方向有什么联系？【答案】电流的方向即正电荷定向移动的方向，也就是负电荷定向移动的反方向，所以安培力的方向与正电荷移动时所受洛伦兹力的方向一致，体现了安培力是洛伦兹力的宏观表现．
下列说法正确的是(　　)A．运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定受到洛伦兹力的作用B．运动电荷在某处不受洛伦兹力的作用，则该处的磁感应强度一定为零C．洛伦兹力对带电粒子不做功D．洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能，也不能改变带电粒子的速度
【答案】C【解析】运动电荷在磁场中所受的洛伦兹力F＝qvBsin θ，所以F的大小不但与q、v、B有关系，还与v、B的夹角θ有关系，当θ＝0°或180°时，F＝0，此时B不一定等于零，A、B错误；又洛伦兹力与粒子的速度始终垂直，所以洛伦兹力对带电粒子不做功，粒子的动能也就不变，但粒子速度方向要变，C正确，D错误．
1．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方向垂直，则F＝________.2．当电荷运动方向与_______的方向夹角为θ时，F＝__________.3．当电荷沿磁场方向运动(即θ＝0或v∥B)时，F＝________.
(多选)关于洛伦兹力和安培力，下面说法中正确的是(　　)A．安培力和洛伦兹力，其本质都是磁场对运动电荷的作用力B．洛伦兹力和安培力是性质完全不同的两种力C．安培力对通电导体能做功，但洛伦兹力对运动电荷不能做功D．安培力和洛伦兹力，二者是等价的【答案】AC【解析】安培力和洛伦兹力实际上都是磁场对运动电荷的作用力，但二者不是等价的，安培力实际上是洛伦兹力的宏观表现，它可以对通电导体做功，但洛伦兹力不能对运动电荷做功．
1．洛伦兹力方向的决定因素：电荷的正负、速度方向、磁感应强度的方向．当电性一定时，其他两个因素决定洛伦兹力的方向，如果只让一个反向，则洛伦兹力必定反向； 如果让两个同时反向，则洛伦兹力方向不变．
2．洛伦兹力的特点：洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化．但无论怎样变化，洛伦兹力都与运动方向垂直，故洛伦兹力永不做功，它只改变电荷的运动方向，不改变电荷的速度大小．3．用左手定则判定负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力时，应注意将四指指向负电荷运动的反方向．
例1　2021年5月17日，高海拔宇宙射线观测站(LHAASO)发现了超高能伽马射线，刷新了人类的观测记录．据报道，宇宙射线如果数量足够多，便会对整个星系造成威胁．一支研究团队对银河系的卫星星系大麦哲伦云的模拟发现，星暴事件中产生的宇宙射线正在使该星系分崩离析，真正的大麦哲伦云仍然完好无缺．假设有一个带正电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来，在地磁场的作用下，它将(　　)A．向东偏转B．向南偏转C．向西偏转D．向北偏转
【答案】A【解析】赤道附近的地磁场方向水平向北，一个带正电的射线粒子竖直向下运动时，根据左手定则可以确定，它受到水平向东的洛伦兹力，故它向东偏转．A正确．
变式1　(多选)如图所示，一阴极射线管左侧不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现射线的运动轨迹向下弯曲，则(　　)A．导线中的电流方向为从A到BB．导线中的电流方向为从B到AC．要使电子束的径迹向上弯曲，可以通过改变AB中的电流方向来实现D．电子束的运动轨迹与AB中电流的方向无关
【答案】BC【解析】电子在通电直导线产生的磁场中运动，无论直导线中的电流方向如何，电子的运动方向都和磁感应强度的方向垂直．根据左手定则，由于是负电荷，四指应指向左方，根据电子的偏转方向可以确定磁感应强度的方向为垂直纸面向里．根据安培定则，导线中的电流方向为从B到A．如果导线中的电流反向，则其产生的磁场方向也相反，会影响到电子的偏转方向，故B、C正确．
(1)洛伦兹力永不做功，虽然安培力是洛伦兹力的宏观表现，但安培力可以做功．(2)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． 无论磁感应强度B的方向与电荷运动的速度方向是否垂直，洛伦兹力的方向一定垂直于B和v所决定的平面．
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，即运动方向与磁场平行时，不受洛伦兹力．
例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、带电荷量为q的小球在倾角为α的光滑斜面上由静止开始下滑．若带电小球下滑后某个时刻对斜面的压力恰好为零，问：(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？
变式2　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1∶4，电量之比为1∶2，则两带电粒子所受洛伦兹力之比为(　　)A．2∶1B．1∶1C．1∶2D．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正确．
区分洛伦兹力与安培力(1)区别：①洛伦兹力是指单个运动电荷所受到的磁场力，而安培力是指电流(即大量定向移动的电荷)所受到的磁场力；②洛伦兹力永不做功，而安培力可以做功．(2)联系：①安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观解释；②F安＝NF洛(N是导体中定向运动的电荷数)；③洛伦兹力与安培力的方向一致，均可用左手定则进行判断．
洛伦兹力作用下的变加速运动(1)注意受力情况和运动情况的分析．带电物体在磁场中速度变化时洛伦兹力的大小随之变化，并进一步导致压力、摩擦力的变化，物体在变力作用下将做变加速运动．(2)注意临界状态的分析．当摩擦力与引起物体运动的外力平衡时，物体将处于平衡状态；当洛伦兹力增大使物体与接触面的压力为零时，物体将要离开接触面．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列方程．
带电粒子进入一个有界磁场后的轨道是一段圆弧，其圆心一定在与速度方向垂直的直线上．通常有两种确定方法．1．已知入射方向和出射方向时，可以通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图甲所示，图中P为入射点，M为出射点，O为轨道圆心)．
带电粒子在匀强磁场中运动的轨迹
2．已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图乙所示，P为入射点，M为出射点，O为轨道圆心)．
例3　如图所示，a和b是从A点以相同的速度垂直磁场方向射入匀强磁场的两个粒子运动的半圆形轨迹，已知两个粒子所带电荷量相同，且ra＝2rb，不计重力的影响，则由此可知(　　)
变式3　如图为地磁场的示意图，赤道上方的磁场可看成与地面平行．若有来自宇宙的一束粒子流，其中含有质子流(氢核)、α 射线(氦核)、β 射线(电子)，沿与地球表面垂直的方向射向赤道上空，则在地磁场的作用下(　　)A．α射线向南偏转B．β射线向北偏转C．β射线向西偏转D．质子流向西偏转
【答案】C【解析】地磁场的方向由地理南极指向北极，α射线和质子均带正电，根据左手定则，知α射线、质子均向东偏转．β射线带负电，根据左手定则知，β射线向西偏转．
两种常见的运动情况(1)匀速直线运动：带电粒子的速度方向与磁场方向平行(相同或相反)，此时带电粒子所受洛伦兹力为零，带电粒子将以速度v做匀速直线运动．(2)匀速圆周运动：带电粒子垂直射入匀强磁场，由于洛伦兹力始终和运动方向垂直，因此不改变速度大小，但是不停地改变速度方向，所以带电粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供做匀速圆周运动的向心力．
带电粒子在磁场中做圆周运动(1)确定粒子的运动轨迹、半径、圆心角等是解决此类问题的关键．(2)掌握粒子在匀强磁场中做圆周运动的轨迹半径公式和周期公式是分析此类问题的依据．
1.洛伦兹力与电场力的比较
例4　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标示正确的是(　　)
【答案】C【解析】A、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，大拇指所指的方向是向下，A错误，C正确．B图中带负电粒子的运动方向与磁感线平行，此时不受洛伦兹力的作用，B错误．D图中带负电的粒子向上运动，掌心向里，四指应向下，大拇指所指的方向是向左，D错误．
(1)直线边界：进出磁场具有对称性．
2.带电粒子在三类边界的磁场中的轨迹特点
(2)平行边界：存在临界条件．
(3)圆形边界：等角进出，沿径向射入必沿径向射出．
例5　如图所示，一个理想边界为PQ、MN的匀强磁场区域，磁场宽度为d，方向垂直纸面向里．一电子从O点沿纸面垂直PQ以速度v0进入磁场．若电子在磁场中运动的轨迹半径为2d.O′在MN上，且OO′与MN垂直．下列判断正确的是(　　)
1．一个电子以1×107 m/s的速率垂直射入一个匀强磁场中，受到的洛伦兹力大小为8×10－13 N，则该磁场的磁感应强度大小为(电子的电荷量为1.6×10－19 C)(　　)A．0.2 TB．2 TC．0.5 TD．1.28 T【答案】C
2．在以下几幅图中，洛伦兹力的方向判断正确的是(　　)
3．初速度为v0的电子沿平行于通电长直导线的方向射出，直导线中电流方向与电子的初始运动方向如图所示，则(　　)A．电子将向右偏转，速率不变B．电子将向左偏转，速率改变C．电子将向左偏转，速率不变D．电子将向右偏转，速率改变【答案】A【解析】由安培定则可判定直线电流右侧磁场的方向垂直纸面向里，根据左手定则可判定电子所受洛伦兹力向右，由于洛伦兹力不做功，故电子动能不变，速率不变．
4．如图所示，用丝线吊一个质量为m的带电(绝缘)小球处于匀强磁场中，空气阻力不计，若小球分别从A点和B点向最低点O运动，则两次经过O点时(　　)A．小球的动能不同B．丝线所受的拉力相同C．小球所受的洛伦兹力相同D．小球的向心加速度相同【答案】D
5．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．垂直纸面向外B．垂直纸面向内C．平行纸面向上D．平行纸面向右【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纸面向外，A正确．
6．(多选)一带正电的物体固定在小车的底板上，其中小车绝缘，整个装置静止在水平地面上，在空间施加一垂直纸面向里的匀强磁场，如果保持小车不动，使匀强磁场沿水平方向向左匀速运动．则下列说法正确的是(　　)A．带电物体所受的洛伦兹力为零B．带电物体所受洛伦兹力方向竖直向上C．小车对地面的压力变大D．地面对小车的支持力变小