高中物理第三章磁場(chǎng)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用洛倫茲力參考省公開課一等獎(jiǎng)新課獲獎(jiǎng)?wù)n件

第四節(jié)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷作用——洛倫茲力1/31

關(guān)鍵關(guān)鍵點(diǎn)突破課堂互動(dòng)講練知能優(yōu)化訓(xùn)練第四節(jié)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷作用——洛倫茲力課前自主學(xué)案2/31課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道什么是洛倫茲力，會(huì)用左手定則判斷洛倫茲力方向．2．掌握洛倫茲力公式推導(dǎo)過程，會(huì)用公式求洛倫茲力．3．知道洛倫茲力不做功，它只改變帶電粒子速度方向，不改變其速度大?。?．掌握帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律和分析方法．并能用學(xué)過知識(shí)推導(dǎo)出勻速圓周運(yùn)動(dòng)半徑公式和周期公式．重點(diǎn)難點(diǎn)：洛倫茲力公式推導(dǎo)和勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)半徑、周期公式應(yīng)用．3/31課前自主學(xué)案一、洛倫茲力1．定義：_________在磁場(chǎng)中所受磁場(chǎng)力．2．與安培力關(guān)系：通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力是洛倫茲力__________，而洛倫茲力是安培力微觀本質(zhì)．3．洛倫茲力方向左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，而且都與手掌在同一平面內(nèi)．讓______從掌心進(jìn)入，并使四指指向______________，這時(shí)拇指所指方向就是運(yùn)動(dòng)正電荷在磁場(chǎng)中所受_________方向．負(fù)電荷受力方向與正電荷受力方向____．運(yùn)動(dòng)電荷宏觀表現(xiàn)磁感線正電荷運(yùn)動(dòng)方向洛倫茲力相反4/314．洛倫茲力大小(1)當(dāng)______時(shí)，F(xiàn)洛＝______.(2)當(dāng)______時(shí)，F(xiàn)洛＝0.二、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)1．洛倫茲力不改變帶電粒子速度______，或者說，洛倫茲力對(duì)帶電粒子不______．v⊥BqvBv∥B大小做功5/312．沿著與磁場(chǎng)垂直方向射入磁場(chǎng)帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做______________．洛倫茲力方向總與速度方向垂直，恰好起到了________作用．公式：_____＝m.(1)半徑：r＝______.(2)周期：T＝______.周期與運(yùn)動(dòng)速度、半徑無關(guān)勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心力qvB6/31關(guān)鍵關(guān)鍵點(diǎn)突破一、對(duì)洛倫茲力了解和認(rèn)識(shí)1．對(duì)洛倫茲力方向認(rèn)識(shí)(1)決定洛倫茲力方向原因有三個(gè)：電荷電性(正、負(fù))、速度方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向．當(dāng)電荷電性一定時(shí)，其它兩個(gè)原因中，假如只讓一個(gè)原因相反，則洛倫茲力方向必定相反；假如同時(shí)讓兩個(gè)原因相反，則洛倫茲力方向?qū)⒉蛔儯?2)在研究電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直情況時(shí)，由左手定則可知，洛倫茲力方向既與磁場(chǎng)方向垂直，又與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直，即洛倫茲力垂直于v和B二者所決定平面．7/31(3)因?yàn)槁鍌惼澚Ψ较蚩偸歉\(yùn)動(dòng)電荷速度方向垂直，所以洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功，洛倫茲力只能改變電荷速度方向，不能改變速度大?。?．洛倫茲力大小了解推導(dǎo)：如圖3－4－1所表示，直導(dǎo)線長(zhǎng)為L(zhǎng)，電流為I，導(dǎo)線中運(yùn)動(dòng)電荷數(shù)為n，截面積為S，電荷電荷量為q，運(yùn)動(dòng)速度為v，則圖3－4－18/319/313．洛倫茲力與電場(chǎng)力比較洛倫茲力電場(chǎng)力作用對(duì)象僅在運(yùn)動(dòng)電荷速度方向與B不平行時(shí)，運(yùn)動(dòng)電荷才受到洛倫茲力帶電粒子只要處于電場(chǎng)中，一定受到電場(chǎng)力大小方向F洛＝qvBsinθ，方向與B垂直，與v垂直，用左手定則判斷F＝qE，F(xiàn)方向與E同向或反向特點(diǎn)洛倫茲力永不做功電場(chǎng)力可做正功、負(fù)功或不做功相同點(diǎn)反應(yīng)了電場(chǎng)和磁場(chǎng)都含有力性質(zhì)10/31尤其提醒：(1)判斷負(fù)電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)受洛倫茲力方向，四指要指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)相反方向，也就是電流方向．(2)電荷運(yùn)動(dòng)方向v和B不一定垂直，但洛倫茲力一定垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度B和速度方向v.(3)運(yùn)動(dòng)電荷不受洛倫茲力作用位置，磁感應(yīng)強(qiáng)度不一定為零．11/31即時(shí)應(yīng)用

(即時(shí)突破，小試牛刀)1．帶電粒子垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)受到洛倫茲力作用．以下表述正確是(

)A．洛倫茲力對(duì)帶電粒子做功B．洛倫茲力不改變帶電粒子動(dòng)能C．洛倫茲力大小與速度無關(guān)D．洛倫茲力不改變帶電粒子速度方向解析：選B.帶電粒子在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力一直與其運(yùn)動(dòng)方向垂直，故洛倫茲力不會(huì)對(duì)帶電粒子做功，即不改變帶電粒子動(dòng)能，或不改變帶電粒子速度大小，只改變其速度方向，A、D錯(cuò)，B對(duì)．據(jù)F＝qvB知，洛倫茲力大小與帶電粒子速度大小相關(guān)，C錯(cuò)．12/3113/312．分析思緒(1)圓心確實(shí)定帶電粒子垂直進(jìn)入磁場(chǎng)后，一定做圓周運(yùn)動(dòng)，其速度方向一定沿圓周切線方向，所以圓心位置必是兩速度方向垂直交點(diǎn)或某一速度方向垂線與圓周上兩點(diǎn)連線中垂線交點(diǎn)，方向如圖3－4－2所表示．圖3－4－214/31(2)運(yùn)動(dòng)半徑大小確實(shí)定普通先作入射點(diǎn)、出射點(diǎn)對(duì)應(yīng)半徑，并作出對(duì)應(yīng)輔助三角形，然后利用三角函數(shù)求解出半徑大?。?3)運(yùn)動(dòng)時(shí)間確實(shí)定15/31(4)圓心角確實(shí)定①帶電粒子射出磁場(chǎng)速度方向與射入磁場(chǎng)速度方向間夾角φ叫偏向角．偏向角等于圓心角即φ＝θ，如圖3－4－3.②某段圓弧所對(duì)應(yīng)圓心角是這段圓弧弦切角二倍，即θ＝2α.圖3－4－316/31即時(shí)應(yīng)用

(即時(shí)突破，小試牛刀)2．兩個(gè)粒子，電荷量相同，在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受磁場(chǎng)力而做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(

)A．若速率相等，則半徑必相等B．若動(dòng)能相等，則周期必相等C．若質(zhì)量相等，則周期必相等D．若質(zhì)量與速度乘積大小相等，則半徑必相等17/3118/31課堂互動(dòng)講練類型一洛倫茲力方向判斷例1

如圖3－4－4所表示，在真空中，水平導(dǎo)線中有恒定電流I經(jīng)過，導(dǎo)線正下方有一質(zhì)子初速度方向與電流方向相同，則質(zhì)子可能運(yùn)動(dòng)情況是(

)A．沿路徑a運(yùn)動(dòng)B．沿路徑b運(yùn)動(dòng)C．沿路徑c運(yùn)動(dòng)

D．沿路徑d運(yùn)動(dòng)圖3－4－419/31【思緒點(diǎn)撥】

解答本題時(shí)應(yīng)注意以下三點(diǎn)：(1)明確電流周圍磁場(chǎng)特點(diǎn)．(2)由左手定則判定質(zhì)子所受洛倫茲力方向．(3)確定質(zhì)子運(yùn)動(dòng)軌跡．20/31【精講精析】

由安培定則可知，電流在下方產(chǎn)生磁場(chǎng)方向指向紙外，由左手定則可知，質(zhì)子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)所受洛倫茲力方向向上．則質(zhì)子軌跡必定向上彎曲，所以C、D必錯(cuò)；因?yàn)槁鍌惼澚Ψ较蛞恢迸c電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直，故其運(yùn)動(dòng)軌跡必定是曲線，則B正確；A錯(cuò)誤．【答案】

B21/31類型二洛倫茲力大小計(jì)算例2

有一質(zhì)量為m、電荷量為q帶正電小球停在絕緣平面上，并處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直于紙面向里勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖3－4－5所表示，為了使小球飄離平面，勻強(qiáng)磁場(chǎng)在紙面內(nèi)移動(dòng)最小速度應(yīng)為多少？方向怎樣？圖3－4－522/3123/31【規(guī)律總結(jié)】

要注意正確了解帶電粒子受洛倫茲力條件：(1)帶電粒子必須是運(yùn)動(dòng)，此運(yùn)動(dòng)是相對(duì)磁場(chǎng)而言，相對(duì)于地面不一定運(yùn)動(dòng)．(2)應(yīng)用洛倫茲力分析問題時(shí)，一定不要忘記F＝qvB中有一個(gè)速度v，v改變會(huì)影響到洛倫茲力F大小和方向改變．24/31變式訓(xùn)練1

一初速度為零質(zhì)子(質(zhì)量m＝1.67×10－27kg，電荷量q＝1.6×10－19C)，經(jīng)過電壓為1880V電場(chǎng)加速后，垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為5.0×10－4T勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，質(zhì)子所受洛倫茲力為多大？答案：4.8×10－17N25/31類型三半徑公式、周期公式應(yīng)用例3

已知?dú)浜伺c氦核質(zhì)量之比m1∶m2＝1∶4，電荷量之比q1∶q2＝1∶2，當(dāng)氫核與氦核以v1∶v2＝4∶1速度，垂直于磁場(chǎng)方向射入磁場(chǎng)后，分別做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則氫核與氦核半徑之比r1∶r2＝________，周期之比T1∶T2＝________.【思緒點(diǎn)撥】

粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，普通情況下，半徑公式不要直接使用，尤其是做計(jì)算題時(shí)，應(yīng)先列出洛倫茲力充當(dāng)向心力方程．26/31【答案】

2∶1

1∶227/31【規(guī)律總結(jié)】

(1)掌握粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)軌道半徑和周期公式是處理此題關(guān)鍵．(2)百分比法是解物理問題有效方法之一．使用程序普通是：依據(jù)研究對(duì)象運(yùn)動(dòng)過程確定對(duì)應(yīng)物理規(guī)律，依據(jù)題意確定運(yùn)動(dòng)過程中恒量，分析剩下物理量之間函數(shù)關(guān)系，建立百分比式求解．28/31變式