2025版高中物理：第十一章磁场安培力与洛伦兹力第2讲磁场对运动电荷的作用

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2024-11-20 2 0 1.08MB 22 页 5.9玖币

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第2讲

磁场对运动电荷的作用

对应学生用书 P250

考点一

洛伦兹力的理解及应用

1.洛伦兹力的大小

(1)v∥B时,洛伦兹力 F=①

。(θ=0°或180°)

(2)v⊥B时,洛伦兹力 F=②

。(θ=90°)

(3)v=0时,洛伦兹力 F=③

。

2.洛伦兹力的方向

(1)判定方法

左手定则:

掌心——磁感线

④　　　　

穿入掌心。

四指——指向正电荷运动的方向或负电荷运动的

⑤　　　　

。

拇指——指向

⑥　　　　

的方向。

(2)方向特点:F⊥B,F⊥v,即F垂直于 B和v决定的

⑦　　　　

。

答案

　①

　②

qvB

　③

　④

垂直

　⑤

反方向

　⑥

洛伦兹力

　⑦

平面

如图所示,磁场的磁感应强度为 B。设磁场中有一段通电导线,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且定向移动的速率为 v。请思考:

(1)图中一段长度为 vt 的导线在磁场中所受安培力为多大?

(2)每个自由电荷所受洛伦兹力为多大?

答案

(1)nqv2StB

(2)qvB

解析

(1)F安=IlB,l=vt,I=

,N=nSl,解得 F安=nqv2StB。

(2)F洛=

F安

=qvB。

洛伦兹力的特点

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角度 1

洛伦兹力的方向

如图所示,在探究洛伦兹力方向的实验中,阴极射线管电子枪发出的电子打在荧光屏正中央形成一个亮斑。通

过匀强磁场改变荧光屏上亮斑的位置,来判断洛伦兹力的方向,从正前方观察,下列磁场方向和对应亮斑的位置正确

的是(

)。



答案

解析

根据左手定则,可知施加沿 X'X 方向的磁场,电子受到指向 Y'方向的洛伦兹力;施加沿 Y'Y 方向的磁场,电

子受到指向 X方向的洛伦兹力;施加沿 XX'方向的磁场,电子受到指向 Y方向的洛伦兹力;施加沿 YY'方向的磁场,电子

受到指向 X'方向的洛伦兹力。故 A项正确。

角度 2

洛伦兹力的大小

(多选)如图所示,空间有一方向垂直纸面向外、磁感应强度大小为 0.5 T 的匀强磁场,一质量为 0.2 kg 且足够

长的绝缘木板静止在光滑水平面上,在木板左端放置一质量为 0.1 kg、带电荷量 q=+0.2 C 的滑块,滑块与绝缘木

板之间的动摩擦因数为 0.5,滑块受到的最大静摩擦力大小可认为等于滑动摩擦力。现对木板施加方向水平向左、

大小为 0.6 N 的恒力,重力加速度 g取10 m/s2,则(

)。

A.木板和滑块一直做加速度为 2 m/s2的匀加速运动

B.滑块开始做匀加速直线运动,然后做加速度减小的变加速运动,最后做匀速运动

C.最终木板做加速度为 2 m/s2的匀加速直线运动,滑块做速度为 10 m/s 的匀速直线运动

D.最终木板做加速度为 3 m/s2的匀加速直线运动,滑块做速度为 10 m/s 的匀速直线运动

答案

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解析

由于滑块与木板间的动摩擦因数为 0.5,静摩擦力能对滑块提供的最大加速度为 5 m/s2,所以当 0.6 N 的

恒力作用于木板时,系统开始以 a=

M+m

=2 m/s2的加速度一起运动;在滑块获得向左运动的速度以后磁场对其有

竖直向上的洛伦兹力,当0<μ(mg-qvB)<ma 时,滑块与木板的加速度不能保持一致,此后 a滑=

μ(mg-qvB )

,随着

速度的增加,a滑减小;当洛伦兹力和滑块重力大小相等时,滑块与木板之间的弹力为零,此时有 Bqv=mg,解得 v=10

m/s,此时摩擦力消失,滑块做匀速直线运动,而木板在恒力作用下做匀加速直线运动,a'=

=3 m/s2。综上可知,

A、C两项错误,B、D两项正确。

考点二

带电粒子在磁场中的圆周运动的基本处理方法

1.若v∥B,带电粒子以入射速度 v做

①　　　

运动。

2.若v⊥B,带电粒子在垂直于磁感线的平面内,以入射速率 v做

②　　　　

运动。

3.基本公式

(1)轨迹半径:r=③

。

(2)周期:T=

2π r

=④

。

(3)动能:Ek=

mv2=

B2q2r2

。

答案

　①

匀速直线

　②

匀速圆周

　③

　④

2π m

如图所示,洛伦兹力演示仪由励磁线圈、电子枪、玻璃泡等部分组成,励磁线圈是一对彼此平行的共轴的圆形线

圈,它能够在两线圈之间产生匀强磁场。电子枪可以发射电子束。玻璃泡内充有稀薄的气体,在电子束通过时能够显

示电子的径迹。若电子枪沿垂直磁场方向发射电子,给励磁线圈通电后,能看到电子束的径迹呈圆形。调节电子枪的

加速电压可以改变电子的发射速度,调节励磁线圈的电流可以改变磁感应强度。请思考:

(1)只增大电子枪的加速电压,电子的运动周期怎样变化?电子束的轨道半径怎样变化?

(2)只增大励磁线圈中的电流,电子的运动周期怎样变化?电子束的轨道半径怎样变化?

答案

(1)只增大电子枪的加速电压,电子的运动周期不变,电子束的轨道半径变大。(2)只增大励磁线圈中的电

流,电子的运动周期变短,电子束的轨道半径变小。

1.特点

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摘要：

第2讲　磁场对运动电荷的作用对应学生用书P250考点一　洛伦兹力的理解及应用1.洛伦兹力的大小(1)v∥B时,洛伦兹力F=①　　　　。(θ=0°或180°) (2)v⊥B时,洛伦兹力F=②　　　　。(θ=90°) (3)v=0时,洛伦兹力F=③　　　　。 2.洛伦兹力的方向(1)判定方法左手定则:掌心——磁感线④　　　　穿入掌心。四指——指向正电荷运动的方向或负电荷运动的⑤　　　　。拇指——指向⑥　　　　的方向。 (2)方向特点:F⊥B,F⊥v,即F垂直于B和v决定的⑦　　　　。　　答案　①0　②qvB　③0　④垂直　⑤反方向　⑥洛伦兹力　⑦平面　　如图所示,磁场的磁感应强度为B。设磁场...

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