高中物理 第六章 磁場對電流和運動電荷的作用 第2節(jié) 磁場對運動電荷的作用知識導航素材 魯科版選修3-1（通用）

1、第2節(jié) 磁場對運動電荷的作用 思維激活1.目前，家家戶戶都有了電視機，不能將磁體靠近正在播放節(jié)目的電視機，你知道這是為什么嗎？2.我們知道，在南極和北極地區(qū)有時會出現(xiàn)美麗的極光，你知道極光產(chǎn)生的原因嗎？ 答案：1.提示：電視機的顯像原理就是由于電子的運動.當磁體靠近電視機時，磁場會影響電子的運動，從而會影響到播放效果.2.提示：太陽射出的帶電粒子受到地磁場作用產(chǎn)生的.自主整理1.磁場對運動電荷有作用嗎？磁場對_的作用力叫做洛倫茲力.2.從安培力到洛倫茲力安培力可以看成是大量的運動電荷所受洛倫茲力的_表現(xiàn)，而洛倫茲力則是安培力的_解釋.洛倫茲力的大小公式為_，其中q表示運動電荷的_，v表示電荷的

2、運動_，B表示_.洛倫茲力的方向用左手定則判斷：伸開左手，拇指跟其余四個手指垂直，且處于同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿過手心，四指指向_運動的方向，那么拇指所指的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向.答案：1.運動電荷2.宏觀 微觀 f=qvB 電荷量 速度 磁感應強度 正電荷高手筆記1.公式F=qvB的使用條件是速度v和磁感應強度B的方向垂直.2.當電荷速度v和磁感應強度B方向不垂直時，洛倫茲力的大小為F=qvBsin，為速度v和磁感強度B之間的夾角.(1)當=90時，即帶電粒子的運動方向與磁場方向垂直時：F=qvB最大.(2)當=0時，即帶電粒子的運動方向與磁場方向平行時：F=0最小.3.當進入磁

3、場的電荷為負電荷時，用左手定則判斷方向時四指指向負電荷運動的反方向.4.由左手定則可知電荷運動方向和洛倫茲力方向始終是垂直的，所以洛倫茲力對電荷不做功.名師解惑1.洛倫茲力和安培力的關系剖析:作用在通電導線上的作用力是作用在形成電流的所有運動電荷上的洛倫茲力的合力.一根通電導體垂直放在磁場中，所受安培力為F=BIl,設導體內(nèi)單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，每個電子的電量為q，平均定向移動速率為v，導體的橫截面積為S，則電流的微觀解釋為I=nqSv.l長的導體內(nèi)的總電荷數(shù)目為N=nSl.F=Nf，整理后得每個電荷受到的磁場力為f=qvB.2.當電荷運動速度v的方向與磁感應強度B的夾角為時，洛倫茲力的

4、大小該怎樣計算?方向又如何呢？剖析:當電荷運動速度v的方向與磁感應強度B的夾角為時，可以把速度分解為兩個分量：與磁感應強度方向平行的分量:v1=vcos,與磁感應強度方向垂直的分量:v2=vsin.因為在v1方向上沒有作用力，因此電荷所受的作用力F完全由v2決定，即F=qBv2，由此可得F=qvBsin.上式表明：洛倫茲力F的大小等于電荷所帶的電量q、電荷的速度v和磁感應強度B以及v和B之間夾角的正弦值的乘積.當通電導線的方向和磁場方向平行(=0或=180)時，安培力最小，等于零；當=90時，安培力最大.3.電場和磁場對電荷作用的比較剖析:(1)電荷在電場中一定要受到電場力的作用，而電荷在磁場

5、中不一定受磁場力的作用.只有相對于磁場運動且運動方向與磁場不平行的電荷才受磁場力的作用，而相對于磁場靜止的電荷或雖運動但運動方向與磁場方向平行的電荷則不受磁場力作用.(2)電場對電荷作用力的大小僅決定于場強E和電量q，即F=qE，而磁場對電荷的作用力大小不僅與磁感應強度B和電荷電量q有關，還與電荷運動速度的大小及速度方向和磁場方向的夾角有關，即F=qvBsin.(3)電荷所受電場力的方向總是沿著電場線的切線(與電場方向相同或相反)，而電荷所受磁場力的方向總是既垂直于磁場方向，又垂直于運動方向(即垂直于磁場方向和運動方向所決定的平面).(4)在勻強電場中，電荷受的電場力是一個恒力；在勻強磁場中，

6、由于運動電荷的速度方向在洛倫茲力的作用下發(fā)生改變，而洛倫茲力又總是與電荷速度垂直，所以洛倫茲力的方向也發(fā)生改變，洛倫茲力是一個變力.(5)電荷在電場中運動時，電場力要對運動電荷做功(電荷在等勢面上運動除外)，而電荷在磁場中運動時，洛倫茲力一定不會對電荷做功.講練互動【例1】 圖中所示的是表示磁場磁感應強度B，負電荷運動方向v和磁場對電荷洛倫茲力F的相互關系圖，這四個圖中畫的正確的是(B、v、F兩兩垂直)( )解析：由左手定則可判斷A、B、C正確.答案：ABC黑色陷阱做題時需看清本題考查的是負電荷所受洛倫茲力的問題.用左手定則判斷負電荷所受洛倫茲力的方向時四指指向負電荷運動的反方向，這里容易弄混

7、.變式訓練1.若上題改為正電荷所受力，哪個又是正確的呢？解析：由左手定則判斷D正確.答案：D【例2】 大量的帶電量均為+q的粒子，在勻強磁場中運動，下面說法中正確的是( )A.只要速度大小相同，所受洛倫茲力就相同B.如果把+q改為-q，且速度反向但大小不變，則洛倫茲力的大小、方向均不變C.只要帶電粒子在磁場中運動，它一定受到洛倫茲力作用D.帶電粒子受到洛倫茲力越小，則該磁場的磁感應強度越小解析：帶電粒子在磁場中運動時受到的磁場力不僅與其速度的大小有關，還與其速度的方向有關，當速度方向與磁場方向在一條直線上時，不受磁場力作用，所以A、C、D錯誤；根據(jù)左手定則，不難判斷B是正確的.答案：B綠色通道

8、理解洛倫茲力的大小、方向與哪些因素有關是解決此類問題的關鍵，應該特別注意速度方向與磁場方向之間的關系.變式訓練2.如圖所示，一個質(zhì)量為m，帶電量為+q的小球靜止在光滑的絕緣平面上，并處于勻強磁場中，磁場的方向垂直紙面向里，磁感應強度為B.為了使小球能飄離平面，該勻強磁場在紙面移動的最小速度應為多少？方向如何？解析：磁場移動，小球不動時效果上相當于磁場不動，小球向相反方向動.要是移動速度最小，即產(chǎn)生洛倫茲力最小，此力方向應為豎直向上，大小恰與小球重力相等.故根據(jù)左手定則和平衡條件即可求解.設磁場移動的最小速度為v，則此時一定滿足帶電粒子所受洛倫茲力剛好克服重力，即大小與重力相等，方向向上.根據(jù)左手定則判斷帶電粒子應該向右運動，即勻強磁場向左運動.并且qvB=mg，解得：v=mg/qB所以勻強磁場水平向左移動，速度大小為v=mg/qB.答案：m