3.5 研究洛伦兹力（学案 课件 共3份）

第五节　研究洛伦兹力 [学习目标]　1.通过实验，观察阴极射线在磁场中的偏转，认识洛伦兹力.2.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，会计算洛伦兹力的大小． 一、洛伦兹力的方向 [导学探究]　如图1所示，电子由阴极向阳极运动(向右运动)过程中发生了向下偏转，试问： 图1 (1)什么力使电子在运动过程中向下偏转？该力的方向如何？ (2)当磁场方向改变时，电子束运动的径迹弯曲的方向是否改变？电子所受洛伦兹力与磁场方向、电子运动方向存在什么关系？ 答案　(1)洛伦兹力　向下 (2)改变，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． [知识梳理] 1．洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力称为洛伦兹力． 2．阴极射线：在阴极射线管中，从阴极发射出来的电子束称为阴极射线． 3．实验表明：当运动电荷的速度方向与磁场方向平行时，运动电荷受到的洛伦兹力为零．当运动电荷的速度方向与磁场方向垂直时，运动电荷受到的洛伦兹力的方向既与磁场方向垂直，又与速度方向垂直． 4．左手定则：伸开左手，使大姆指跟其余四个手指垂直，且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，四指指向为正电荷运动的方向，那么，拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向．运动的负电荷在磁场中所受的洛伦兹力，方向跟沿相同方向运动的正电荷所受力的方向相反． 二、洛伦兹力的大小 [导学探究]　如图2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. 图2 (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？ 答案　(1)I＝nqvS　F安＝ILB＝nqvSLB (2)N＝nSL　f＝＝qvB [知识梳理] 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＝qvBsinθ，θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角． (1)当电荷运动方向与磁场方向垂直时：f＝qvB； (2)当电荷运动方向与磁场方向平行时：f＝0； (3)当电荷在磁场中静止时：f＝0. [即学即用] 1．判断下列说法的正误． (1)运动电荷在磁场中一定受洛伦兹力．(　×　) (2)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．(　√　) (3)洛伦兹力同电场力一样，可对运动电荷做正功或负功．(　×　) (4)判断电荷所受洛伦兹力的方向时应同时考虑电荷的电性．(　√　) 2.如图3所示，两平行板之间有互相垂直的匀强电场和匀强磁场．一个带正电的粒子(不计重力)沿直线从左向右匀速穿过，则粒子受到的洛伦兹力的方向为_____，A板带_____电． 图3 答案　竖直向上　正 一、洛伦兹力的大小和方向 例1　如图4所示，各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均为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，并指出洛伦兹力的方向． 图4 答案　(1)qvB　垂直v指向左上方 (2)qvB　垂直纸面向里 (3)不受洛伦兹力 (4)qvB　垂直v指向左上方 解析　(1)因v⊥B，所以f＝qvB，由左手定则可知洛伦兹力方向垂直v指向左上方． (2)v与B的夹角为30°，将v分解成垂直磁场的分量和平行磁场的分量，v⊥＝vsin 30°，f＝qvBsin 30°＝qvB.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，f＝qvB，方向垂直v指向左上方． 计算洛伦兹力的大小时，应注意弄清v与磁感应强度B的方向关系.当v⊥B时，洛伦兹力f＝qvB，当v∥B时，f＝0，当v与B成θ角?0°＜θ＜90°?时 ... ...