一、自主預(yù)習(xí)
1. 如圖所示，在磁感應(yīng)強度為B的垂直紙面向里的勻強磁場中，有一個質(zhì)量為m、電荷量為e的電子沿垂直磁感線方向開始運動，初速度為v，則電子受到的洛倫茲力的方向是_____。（選填“水平向左”、“水平向右”、“豎直向上”或“豎直向下”）
2．磁體和_______的周圍都存在著磁場，磁場對______的作用力叫洛倫茲力。
課堂探究
情景設(shè)問
我們知道，磁場對通電導(dǎo)線有作用力；我們還知道，帶電粒子的定向移動形成了電流。那么，磁場對運動電荷有作用力嗎？如果有，力的方向和大小又是怎樣的呢？
新知探究
考點一：洛倫茲力的方向
1.定義：運動電荷在磁場中受到的磁場力叫洛侖茲力。
2. 磁場對運動電荷是否有力的作用
磁場對運動電荷會產(chǎn)生力的作用
磁場對運動電荷的作用力方向與磁場方向有關(guān)
磁場對運動電荷的作用力大小與磁感應(yīng)強度有關(guān)
洛倫茲力定義：磁場對運動電荷的作用力叫做洛倫茲力。
通電導(dǎo)線在磁場中受到的安培力，實際是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。
3.洛倫茲力方向的判斷
左手定則：
（1）伸開左手，使拇指與其余四指垂直，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向正電荷運動的方向，這時拇指所指的方向就是運動的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向 。
（2）若四指指向負(fù)電荷運動的反方向，那么拇指所指的方向就是負(fù)電荷所受洛倫茲力的方向。
判斷洛倫茲力方向的步驟：
（1）電流方向和電荷運動方向的關(guān)系。
（2）F安的方向和洛倫茲力方向的關(guān)系。
（3）電荷運動方向、磁場方向和洛倫茲力方向的關(guān)系。
4.洛倫茲力的特點：
（1）洛倫茲力的方向既垂直于磁場方向，又垂直于速度方向，即垂直于磁場和速度所組成的平面。
（2）洛倫茲力對電荷不做功，即不改變速度的大小，只改變速度的方向。
考點二：洛倫茲力的大小
一、洛倫茲力大小的推導(dǎo)
有一通電直導(dǎo)線長為L，橫截面積為S，電流為I，導(dǎo)線中單位體積的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電量為q，運動速率為v，向放入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中。
導(dǎo)體受到的安培力：F=BIL
I 的微觀表達(dá)式 ：I=nqsv
自由電荷數(shù)：N=nLs
每個自由電荷所受的洛倫茲力大小 ：
f=F安nLS=BILnLS=nqvSLBnLS=qvB
當(dāng)運動電荷的速度v方向與磁感應(yīng)強度B方向的夾角為θ，電荷所受的洛倫茲力大小為 ：
F洛=qvBsinθ
即磁場對靜止電荷沒有力的作用。
1、當(dāng)帶電粒子的運動方向與磁場方向平行時，洛倫茲力最小-----f=0。
2、當(dāng)帶電粒子的運動方向與磁場方向垂直時，洛倫茲力f最大。
實驗表明：磁場越強（磁感強度越大）、電荷量越大、運動速度越快，電荷受到的洛倫茲力越大；
當(dāng)電荷運動方向跟磁場方向垂直時洛倫茲力的大小跟三個因素相關(guān)：磁感應(yīng)強度B 電荷量q電荷運動快慢 v
洛侖茲力：f=qVB (V垂直B）
3、當(dāng)帶電粒子的運動方向與磁場方向有一定方向時，洛倫茲力-----f= qvBsinθ。
4.洛倫茲力與安培力的關(guān)系：
（1）安培力是洛倫茲力的集體表現(xiàn)，洛倫茲力是安培力微觀表現(xiàn)。
（2）大小關(guān)系：F安＝NF洛（N是導(dǎo)體中運動的電荷數(shù)）
（3）方向關(guān)系：F安與F洛方向相同
（4）F安與F洛本質(zhì)都是磁場對運動電荷的作用力
二、洛倫茲力和電場力的區(qū)別：
1.電荷在電場中一定受到電場力的作用，與其運動狀態(tài)無關(guān)；而電荷在磁場中不一定受到磁場力作用，只有相對于磁場運動且運動方向與磁場方向不平行的電荷才受磁場力作用。
大?。篎電＝Eq,F洛=Bqvsinθ。
2.電荷所受電場力方向總是平行于電場線的切線方向；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。
3.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，磁場力一定不會對電荷做功。
考點三：電子束的磁偏轉(zhuǎn)
電視顯像管的工作原理
1、主要構(gòu)造:
電子槍（陰極）、偏轉(zhuǎn)線圈、熒光屏等
2、電視顯像管原理：
陽極發(fā)射電子，經(jīng)過偏轉(zhuǎn)線圈，偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的磁場和電子運動方向垂直，電子受洛倫茲力作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)后打在熒光屏上，使其發(fā)光。
3、 掃描
在偏轉(zhuǎn)區(qū)的水平和豎直方向都加有偏轉(zhuǎn)磁場，其方向、強弱都在不斷變化，因此電子束打在熒光屏上的點也在不斷移動，這在電視技術(shù)中稱為掃描。
三、典例精講
例題展示
例1
如圖所示，光滑的水平面上有豎直向下的勻強磁場，水平面上平放著一個試管，試管內(nèi)壁光滑，底部有一個帶電小球.現(xiàn)在對試管施加一個垂直于試管的水平拉力F，在拉力F作用下，試管向右做勻速運動，帶電小球?qū)墓芸陲w出。下列說法正確的是（ ）
A．小球帶負(fù)電
B．小球離開試管前，洛倫茲力對小球做正功
C．維持試管做勻速運動的拉力F應(yīng)為恒力
D．小球離開試管前的運動軌跡是一條拋物線
例2
如圖所示，電子槍接入電路后發(fā)射電子，其正下方水平直導(dǎo)線內(nèi)通有向右的電流，則（ ）
A．電子束從B射向A
B．電子束向上偏轉(zhuǎn)，速率保持不變
C．電子束向上偏轉(zhuǎn)，速率越來越小
D．電子束向下偏轉(zhuǎn)，速率越來越大
四、核心素養(yǎng)專練
核心素養(yǎng)專練
1. 關(guān)于帶電粒子所受洛倫茲力F、磁感應(yīng)強度B和粒子速度v三者方向之間的關(guān)系，下列說法正確的是( )
A．F、B、v三者必定均保持垂直
B．F必定垂直于B、v，但B不一定垂直于v
C．B必定垂直于F、v，但F不一定垂直于v
D．v必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B
2. 帶電荷量為＋q的粒子在勻強磁場中運動，下列說法中正確的是( )
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、大小不變，則洛倫茲力的大小、方向均不變
C．洛倫茲力方向一定與電荷速度方向垂直，磁場方向一定與電荷運動方向垂直
D．粒子在只受洛倫茲力作用下運動的動能、速度均不變
3. 如圖所示是電視機顯像管及其偏轉(zhuǎn)線圈的示意圖．電流方向如圖所示，試判斷正對讀者而來的電子束將向哪邊偏轉(zhuǎn)( )
A．向上
B．向下
C．向左
D．向右
4. 如圖所示，a，b，c，d為四根與紙面垂直的長直導(dǎo)線，其橫截面位于圓弧上相互垂直的兩條直徑的四個端點上，導(dǎo)線中通有大小相同的電流，方向見圖．一帶正電的粒子從圓心O沿垂直于紙面的方向向里運動，它所受洛倫茲力的方向是( )
A．從O指向a
B．從O指向b
C．從O指向c
D．從O指向d
五、參考答案
參考答案
自主預(yù)習(xí)
1. 電子在磁場中做勻速圓周運動，洛倫茲力提供向心力，由左手定則可知，帶負(fù)電的電子受到的洛倫茲力水平向右。
故答案為：水平向右。
2. 磁體和電流的周圍存在著磁場，磁場對運動電荷的作用叫洛倫茲力。
故答案為：電流； 運動電荷。
典例精講
例1.
A、小球能從管口處飛出，說明小球受到指向管口洛倫茲力，根據(jù)左手定則判斷，小球帶正電，故A錯誤；
B、由小球的水平方向的運動而產(chǎn)生的沿管方向的洛倫茲力分力，由沿管方向的運動而產(chǎn)生的垂直管向左的洛倫茲力分力，兩個洛倫茲力分力與合運動方向垂直，故洛倫茲力不做功，故B錯誤；
CD、設(shè)管子運動速度為v1，小球垂直于管子向右的分運動是勻速直線運動。小球沿管子方向受到洛倫茲力的分力F1=qv1B，q、v1、B均不變，F(xiàn)1不變，則小球沿管子做勻加速直線運動。與平拋運動類似，小球運動的軌跡是一條拋物線；設(shè)小球沿管子的分速度大小為v2，則小球受到垂直管子向左的洛倫茲力的分力F2=qv2B，v2增大，則F2增大，而拉力F=F2，則F逐漸增大，故C錯誤，D正確。
故選：D。
例2.
A、電子是由負(fù)極發(fā)射，則電子束從A射向B，故A錯誤；
BCD、由安培定則可知，在電子槍處電流磁場方向垂直于紙面向外；電子束由左向右運動，由左手定則可知，電子束受到的洛倫茲力豎直向上，則電子束向上偏轉(zhuǎn)；因洛倫茲力不做功，故電子速的速率保持不變，故CD錯誤，B正確。
故選：B。
核心素養(yǎng)專練
1．解析 本題考查公式F＝qvB中各物理量的關(guān)系．由左手定則可知F⊥B，F(xiàn)⊥v，B與v可以不垂直，故B正確，A、C、D錯誤
故選B．
2．解析 因為洛倫茲力的大小不但與粒子速度大小有關(guān)，而且與粒子速度的方向有關(guān)．例如，當(dāng)粒子速度與磁場垂直時，F(xiàn)＝qvB，當(dāng)粒子速度與磁場平行時，F(xiàn)＝0.又由于洛倫茲力的方向永遠(yuǎn)與粒子的速度方向垂直，因而速度方向不同時，洛倫茲力的方向也不同，所以A選項錯．因為＋q改為－q且速度反向時所形成的電流方向與原＋q運動形成的電流方向相同，由左手定則可知洛倫茲力方向不變，再由F＝qvB知大小不變，所以B選項正確．因為電荷進(jìn)入磁場時的速度方向可以與磁場方向成任意夾角，所以C選項錯．因為洛倫茲力總與速度方向垂直，因此洛倫茲力不做功，粒子動能不變，但洛倫茲力可改變粒子的運動方向，使粒子速度的方向不斷改變，所以D選項錯．
故選：B．
3．解析 把通電線圈等效為小磁鐵，則左右兩邊的N極均在上方，所以在O點產(chǎn)生的磁場方向向下，由左手定則判斷正對讀者而來的電子束將向左偏轉(zhuǎn)，故選C項．
故選：C．
4．解析 根據(jù)對稱性可知，b、d處的通電直導(dǎo)線在O點產(chǎn)生的磁場相互抵消，a、c處的通電直導(dǎo)線在O點產(chǎn)生的磁場方向相同，沿水平向左，根據(jù)左手定則可知，一帶正電的粒子從圓心O沿垂直于紙面的方向向里運動，它所受洛倫茲力的方向是從O指向a.A選項正確．
故選: A.

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