【精准解析】高中物理粤教版选修3-1教师用书：第3章第5节　研究洛伦兹力含解析

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第五节　研究洛伦兹力
[学习目标]　1.[物理观念]知道阴极射线是从阴极发射出来的电子束．　2.[科
学思维]知道洛伦兹力的方向与电荷运动方向及磁感应强度方向间的关系，会用左
手定则判断洛伦兹力的方向．(重点)　3.[科学思维]理解洛伦兹力和安培力的关系，
能会推导洛伦兹力的计算公式并会计算洛伦兹力．(重点、难点)　4.[科学思维]知
道速度选择器原理．
一、洛伦兹力的方向
1．洛伦兹力
荷兰物理学家洛伦兹于 1895 年发表了磁场对运动电荷的作用力公式，人们称
这种力为洛伦兹力．
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．洛伦兹力的方向判定——左手定则
伸开左手，使大拇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．
二、洛伦兹力的大小
1．公式推导
如图，有一段长为 L的通电导线，横截面积为 S，单位体积内含有的自由电
荷数为 n，每个自由电荷的电荷量为 q，定向移动的平均速度为
v
，垂直放入磁感
应强度为 B的匀强磁场中．
导体所受安培力：F＝BIL．
导体中的电流：I＝nqS
v
．
导体中的自由电荷总数：N＝nSL．
由以上各式可推得，每个电荷所受洛伦兹力的大小为 f＝
F
N
＝q
v
B
．
2．洛伦兹力的计算公式：f＝q
v
B
．
1．正误判断
(1)电荷在磁场中一定会受到洛伦兹力的作用． (×)
(2)仅在洛伦兹力作用下，电荷的动能一定不会变化． (√)
(3)应用左手定则判断洛伦兹力的方向时，四指一定指向电荷运动方向．
(×)
(4)公式 f＝q
v
B，用于任何情况． (×)
(5)洛伦兹力和安培力是性质不同的两种力． (×)
2．(多选)如图是表示磁场磁感应强度 B、负电荷运动速度
v
和磁场对负电荷
洛伦兹力 F的相互关系图，这四个图中正确的是(B、
v
、F两两垂直)(　　)
ABC　[根据左手定则，使磁感线垂直穿入手心，四指指向
v
的反方向，从大
拇指所指方向可以判断，A、B、C图中所标洛伦兹力方向正确，D图中所标洛伦
兹力方向错误．]
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∶4
C　[带电粒子的速度方向与磁感线方向垂直时，洛伦兹力 F＝q
v
B，与电荷量
成正比，与质量无关，C项正确．]
洛伦兹力的方向特点
1．判断方法——左手定则
(1)当电荷运动方向跟磁场方向垂直时：伸开左手，使大拇指和其余四指垂直
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，四指指向正电荷
的运动方向或负电荷运动的反方向，大拇指所指的方向就是洛伦兹力的方向．
(2)当电荷运动方向跟磁场方向不垂直时：四指仍指向正电荷的运动方向或负
电荷运动的反方向，磁感线仍然从掌心进入，但磁感线与手掌不垂直，洛伦兹力
的方向仍垂直于电荷运动的方向，也垂直于磁场方向．
2．决定因素
(1)电荷的电性(正、负).
(2)速度方向．
(3)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．
3．洛伦兹力不做功
由于洛伦兹力始终与电荷的运动方向垂直，故洛伦兹力一定不对电荷做功．
【例 1】　长方体金属块放在匀强磁场中，有电流通过金属块，如图所示，则
下面说法正确的是(　　)
A．金属块上下表面电势相等
B．金属块上表面电势高于下表面电势
C．金属块上表面电势低于下表面电势
D．无法比较两表面的电势高低
C　[由左手定则知自由电子所受洛伦兹力方向向上，即自由电子向上偏，所
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