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

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必备知识·自主预习储备
[知识梳理]知识点一　洛伦兹力的方向1．洛伦兹力荷兰物理学家洛伦兹于1895年发表了磁场对________的作用力公式，人们称这种力为洛伦兹力。2．洛伦兹力的方向判定——左手定则伸开左手，拇指与其余四指____，且都与手掌处于同一平面内，让磁感线垂直穿过____，四指指向______运动的方向，那么____所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。
知识点二　洛伦兹力的大小(1)当v与B成θ角时：F＝_________．(2)当v⊥B时：F＝_____．(3)当v∥B时：F＝_．
[基础自测]1．思考判断(正确的画“√”，错误的画“×”)(1)电荷在磁场中一定受洛伦兹力。(　)(2)洛伦兹力一定与电荷运动方向垂直。(　)(3)电荷运动速度越大，它的洛伦兹力一定越大。(　)(4)带电粒子在磁场中做圆周运动时，速度越大，半径越大。(　)(5)带电粒子在磁场中做圆周运动时，速度越大，周期越大。(　)
2．如图所示，关于对带电粒子在匀强磁场中运动的方向描述正确的是(　　)A　　　　B　　　　C　　　　DB　[由左手定则判断知，B正确。]
3．两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，电荷量之比为1∶2，则两带电粒子受洛伦兹力之比为(　　)A．2∶1　　B．1∶1　　C．1∶2　　D．1∶4C　[带电粒子的速度方向与磁感线方向垂直时，洛伦兹力F＝qvB，与电量成正比，与质量无关，C正确。]
关键能力·情境探究达成
考点1　对洛伦兹力的理解
考点2　洛伦兹力作用下带电体的运动分析
(1)如图乙所示是把阴极射线管放入磁场中的情形，电子束偏转方向是怎样的？如果把通有与电子运动方向相同的电流的导线放入该位置，则所受安培力的方向怎样？(2)将磁铁的N极、S极交换位置，电子束有什么变化，说明了什么？提示：(1)电子束向下偏转；通电导线受力向上。(2)两极交换位置，电子束偏转的方向与原来相反，表明电子束受力方向与磁场方向有关。
2．洛伦兹力与安培力的区别和联系
3．洛伦兹力与电场力的比较
【典例1】　如图所示，各图中匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均为v，所带电量均为q，试求出各图中带电粒子所受洛伦兹力的大小，并标出洛伦兹力的方向。
1．洛伦兹力方向与安培力方向一样，都根据左手定则判断，但应注意以下三点：(1)洛伦兹力必垂直于v、B方向决定的平面。(2)v与B不一定垂直，当不垂直时，磁感线不再垂直穿过手心，如典例1中乙图所示情况。(3)当运动电荷带负电时，四指应指向其运动的反方向。2．利用F＝qvB sin θ计算F的大小时，必须明确θ的意义及大小。
C　[使电子束经过磁场时不偏转，垂直运动方向合力必须为零，又由左手定则判断出电子所受洛伦兹力方向垂直于纸面向里，故所受电场力方向必须垂直于纸面向外，且与洛伦兹力等大，即qE＝qvB，故E＝vB；电子带负电，所以电场方向垂直于纸面向里。故C正确。]
考点2　洛伦兹力作用下带电体的运动分析1．带电粒子在匀强磁场中做直线运动的两种情景(1)速度方向与磁场平行，不受洛伦兹力作用，可做匀速直线运动，也可在其他力作用下做变速直线运动。(2)速度方向与磁场不平行，且洛伦兹力以外的各力均为恒力，若轨迹为直线，则必做匀速直线运动，带电粒子所受洛伦兹力也为恒力。
【典例2】　质量为0.1 g的小物块，带有5×10-4C的电量，放在倾角为30°的绝缘光滑斜面上，整个斜面置于0.5 T的匀强磁场中，磁场方向如图所示，物块由静止开始下滑，滑到某一位置时，物块开始离开斜面(设斜面足够长，g取10 m/s2，结果保留三位有效数字)。问：(1)物块带电性质如何？[解析]　由左手定则可知，物块带负电荷。[答案]　负电
解决带电体在洛伦兹力作用下运动问题的基本思路(1)正确的受力分析，除重力、弹力、摩擦力外，要特别注意洛伦兹力的分析。(2)正确分析物体的运动状态，找出物体的速度、位置及其变化特点，分析运动过程。(3)恰当灵活地运用力学中的定理、定律。学会把“电学”问题“力学”化。
学习效果·随堂评估自测
1．关于电荷在磁场中的受力，下列说法正确的是(　　)A．静止的电荷一定不受洛伦兹力的作用，运动电荷一定受洛伦兹力的作用B．洛伦兹力的方向有可能与磁场方向平行C．洛伦兹力的方向一定与带电粒子的运动方向垂直D．带电粒子运动方向与磁场方向平行时，可能受洛伦兹力的作用
C　[由f＝qvB sin θ，当B∥v时，f＝0；当v＝0时，f＝0，故A、D错误；由左手定则知，f一定垂直于B且垂直于v，故B错误，C正确。]
2．如图所示是阴极射线管示意图。接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出。在荧光屏上会看到一条亮线。要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是(　　)A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向C．加一电场，电场方向沿z轴负方向D．加一电场，电场方向沿y轴正方向
B　[根据左手定则可知，A所述情况，电子受力沿y轴负向，A错误；B所述情况，电子受洛伦兹力沿z轴负方向，B正确；根据负电荷受电场力方向与电场方向相反，C所述电场会使电子向z轴正方向偏转，C错误；D所述电场使电子向y轴负方向偏转，D错误。]
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A　[由右手定则判定直线电流右侧磁场的方向垂直纸面向里，再根据左手定则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，电子的速度大小不变，仅速度方向改变，故A正确。]
4．如图所示，a为带正电的小物块，b是一不带电的绝缘物块(设a、b间无电荷转移)，a、b叠放于粗糙的水平地面上，地面上方有垂直于纸面向里的匀强磁场。现用水平恒力F拉b物块，使a、b一起无相对滑动地向左做加速运动，则在加速运动阶段(　　)A．a对b的压力不变B．a对b的压力变大C．a、b物块间的摩擦力变大D．a、b物块间的摩擦力不变
B　[a、b整体受重力、拉力F、向下的洛伦兹力qvB、地面的支持力FN和摩擦力Ff，竖直方向有FN＝(ma＋mb)g＋qvB，水平方向有F－Ff＝(ma＋mb)a，Ff＝μFN。在加速阶段，v增大，FN增大，Ff增大，加速度a减小。对a受力分析，a受重力mag、向下的洛伦兹力qvB、b对a向上的支持力FN′、b对a向左的静摩擦力Ff′，竖直方向：FN′＝mag＋qvB，水平方向：Ff′＝maa，随着v的增大，FN′增大，故A错误，B正确；加速度a在减小，所以a、b物块间的摩擦力变小，故C、D错误。]
回归本节内容，自我完成以下问题：1．洛伦兹力与安培力什么关系？提示：安培力是洛伦兹力的宏观表现。2．洛伦兹力的方向如何判断？提示：伸开左手，使大拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿入手心，并使四指指向正电荷的运动方向，这时拇指所指的方向就是正电荷在该磁场中所受洛伦兹力的方向。3．洛伦兹力为什么不做功？提示：根据左手定则知洛伦兹力与速度的方向始终垂直，故永不做功。
阅读材料·拓展物理视野
正电子的发现在粒子物理研究中，带电粒子在云室等探测装置中的径迹是非常重要的实验证据。根据对不同粒子径迹的分析和比较，科学家可以得到粒子的带电情况、运动情况等许多信息，甚至可以发现新粒子。1930年，英国物理学家狄拉克从理论上预言了电子的反粒子的存在，这个反粒子就是正电子。正电子与电子质量相同，但是带等量的正电荷，也可以说，它是带正电荷的电子。
1932年，美国物理学家安德森在宇宙线实验中发现了正电子。他利用放在强磁场中的云室来记录宇宙线粒子，并在云室中加入一块厚6 mm的铅板，借以减慢粒子的速度。当宇宙线粒子通过云室内的强磁场时，拍下粒子径迹的照片，如图所示。由于所加铅板降低了粒子的运动速度，粒子在磁场中偏转的轨道半径就会变小，所以根据铅板上下粒子径迹的偏转情况，可以判定粒子的运动方向(图中的粒子是由下向上运动的)。这个粒子的径迹与电子的径迹十分相似，只是偏转方向相反。由此，安德森发现了正电子，并由于这一发现，获得了1936年的诺贝尔物理学奖。
在安德森这一发现之前不久，约里奥—居里夫妇也在云室照片中发现了与电子偏转方向相反的粒子径迹。如果他们意识到这个粒子所带电荷与电子相反，就会把研究工作引向正电子的发现。但遗憾的是，他们没有认真研究这一现象，只是提出了一个经不住推敲的解释，就把这一特殊现象放走了。他们认为，这是向放射源移动的电子的径迹，而不是从放射源发出的正电子的径迹。他们没有思考，向放射源移动的电子来自何处，也没有设法判断这个粒子的运动方向。得知安德森的发现后，约里奥—居里夫妇证实，他们使用的钋加铍源发射的射线能够产生正负电子对。他们后来也记录到了单个正电子的径迹。正电子的发现证明了反物质的存在，对反物质世界的探索现在仍是物理学的前沿之一。