3.5 磁場對運動電荷的作用力教案

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1、老常理科思維訓練中心物理教學組 3.5 磁場對運動電荷的作用力 ★新課標要求 （一）知識與技能 1、知道什么是洛倫茲力。 2、利用左手定則會判斷洛倫茲力的方向。 3、知道洛倫茲力大小的推理過程。 4、掌握垂直進入磁場方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計算。 5、理解洛倫茲力對電荷不做功。 6、了解電視機顯像管的工作原理。 （二）過程與方法 通過洛倫茲力大小的推導(dǎo)過程進一步培養(yǎng)學生的分析推理能力。 （三）情感、態(tài)度與價值觀 讓學生認真體會科學研究最基本的思維方法：“推理—假設(shè)—實驗驗證” ★教學重點 1、利用左手定則會判斷洛倫茲力的方向。 2、掌握垂直進入

2、磁場方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計算。 ★教學難點 1、理解洛倫茲力對運動電荷不做功。 2、洛倫茲力方向的判斷。 ★教學方法 第9頁（共9頁） 實驗觀察法、講述法、分析推理法 ★教學用具： 電子射線管、電源、磁鐵、投影儀、投影片 ★教學過程 （一）引入新課 教師：（復(fù)習提問）前面我們學習了磁場對電流的作用力，下面思考兩個問題： （1）如圖，判定安培力的方向 學生上黑板做，解答如下： 若已知上圖中：B=4.0×10-2 T，導(dǎo)線長L=10 cm，I=1 A。求：導(dǎo)線所受的安培力大??？ 學生解答： F=BIL=4×10

3、-2 T×1 A×0.1 m=4×10-3 N 答：導(dǎo)線受的安培力大小為4×10-3 N。 （2）電流是如何形成的？ 學生：電荷的定向移動形成電流。 教師：磁場對電流有力的作用，電流是由電荷的定向移動形成的，大家會想到什么？ 學生：這個力可能是作用在運動電荷上的，而安培力是作用在運動電荷上的力的宏觀表現(xiàn)。 ［演示實驗］用陰極射線管研究磁場對運動電荷的作用。如圖3.5-1 教師：說明電子射線管的原理： 從陰極發(fā)射出來電子，在陰陽兩極間的高壓作用下，使電子加速，形成電子束，轟擊到長條形的熒光屏上激發(fā)出熒光，可以顯示電子束的運動軌跡。 學生：觀察實驗現(xiàn)象。 實驗結(jié)果：在沒有外

4、磁場時，電子束沿直線運動，將蹄形磁鐵靠近陰極射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運動軌跡發(fā)生了彎曲。 學生分析得出結(jié)論：磁場對運動電荷有作用。 （二）進行新課 1、洛倫茲力的方向和大小 教師講述：運動電荷在磁場中受到的作用力稱為洛倫茲力。通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力實際是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。 我們用安培定則判斷安培力的方向，因此可以用安培定則判斷洛倫茲力的方向。 （投影） 左手定則：伸開左手，使大拇指跟其余四個手指垂直，并且都和手掌在一個平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿入手心，并使伸開的四指指向正電荷運動的方向，那么，大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。 如果運動的是負電荷，則四指指

5、向負電荷運動的反方向，那么拇指所指的方向就是負電荷所受洛倫茲力的方向。 ［投影片出示練習題］ （1）試判斷下圖中所示的帶電粒子剛進入磁場時所受的洛倫茲力的方向。 甲 乙 丙 丁 學生解答： 甲中正電荷所受的洛倫茲力方向向上； 乙中負電荷所受的洛倫茲力方向向上； 丙中正電荷所受的洛倫茲力方向垂直于紙面指向紙內(nèi)； 丁中負電荷所受的洛倫茲力的方向垂直于紙面指向紙外 教師：下面我們來討論B、v、F三者方向間的相互關(guān)系。如圖所示。 學生：F總垂直于B與v所在的

6、平面。B與v可以垂直，可以不垂直。 教師：現(xiàn)在我們來研究洛倫茲力的大小。 若有一段長度為L的通電導(dǎo)線，橫截面積為S，單位體積中含有的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電量為q，定向移動的平均速率為v，將這段導(dǎo)線垂直于磁場方向放入磁感應(yīng)強度為B的磁場中。 教師：這段導(dǎo)體所受的安培力為多大？ 學生：F安=BIL 教師：電流強度I的微觀表達式是什么？ 學生：I的微觀表達式為I=nqSv 教師：這段導(dǎo)體中含有多少自由電荷數(shù)？ 學生：這段導(dǎo)體中含有的電荷數(shù)為nLS。 教師：每個自由電荷所受的洛倫茲力大小為多大？ 學生：安培力可以看作是作用在每個運動上的洛倫茲力F的合力，這段導(dǎo)體中含有的自

7、由電荷數(shù)為nLS，所以 教師：當運動電荷的速度v方向與磁感應(yīng)強度B的方向不垂直時，設(shè)夾角為θ，則電荷所受的洛倫茲力大小為多大？ 學生： 教師指出：上式中各量的單位：為牛（N），q為庫倫（C），v為米/秒（m/s），B為特斯拉（T） 思考與討論：同學們討論一下帶電粒子在磁場中運動時，洛倫茲力對帶電粒子是否做功？說明理由。 教師引導(dǎo)學生分析得： 洛倫茲力的方向垂直于v和B組成的平面即洛倫茲力垂直于速度方向，因此，洛倫茲力只改變速度的方向，不改變速度的大小，所以洛倫茲力對電荷不做功。 投影片出示練習題： 練習1、電子的速率v=3×106 m/s，垂直射入B=0.10 T的勻強磁場

8、中，它受到的洛倫茲力是多大？ 學生分析求解，教師巡回指導(dǎo)： f=qvB=1.60×10-19×3×106×0.10=4.8×10-14 N 練習2、來自宇宙的質(zhì)子流，以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點，則這些質(zhì)子在進入地球周圍的空間時，將_______ A．豎直向下沿直線射向地面 B．相對于預(yù)定地面向東偏轉(zhuǎn) C．相對于預(yù)定點稍向西偏轉(zhuǎn) D．相對于預(yù)定點稍向北偏轉(zhuǎn) 學生分析解答：B。地球表面地磁場方向由南向北，質(zhì)子是氫原子核帶正電，根據(jù)左手定則可判定，質(zhì)子自赤道上空豎直下落過程中受洛倫茲力方向向東。 2、電視顯像管的工作原理 教師：引導(dǎo)學生閱讀教材相關(guān)內(nèi)容，思考并

9、回答問題。 電子束是怎樣實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)的？ 在圖3.5－4中，如圖所示： （1）要是電子打在A點，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向？ （2）要是電子打在B點，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向？ （3）要是電子打從A點向B點逐漸移動，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該怎樣變化？ 學生：思考并回答問題： （1）要是電子打在A點，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該垂直紙面向外 （2）要是電子打在B點，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該垂直紙面向里 （3）要是電子打從A點向B點逐漸移動，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該先垂直紙面向外并逐漸減小，然后垂直紙面向里并逐漸增大。 教師：電子打在熒光屏上只能有一個亮點，為什么整個熒光屏都能發(fā)光能？ 學生閱讀教材，進一步了解顯像管的工作過程。

10、（三）課堂總結(jié)、點評 教師活動：讓學生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學到黑板上總結(jié)，其他同學在筆記本上總結(jié)，然后請同學評價黑板上的小結(jié)內(nèi)容。 學生活動：認真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰的更好，好在什么地方。 點評：總結(jié)課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學生概括總結(jié)能力。 教師要放開，讓學生自己總結(jié)所學內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識框架。 （四）實例探究 ☆洛倫茲力的方向 【例1】關(guān)于帶電粒子所受洛倫茲力F和磁感應(yīng)強度B及粒子速度v三者之間的關(guān)系，下列說法中正確的是 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

11、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 解析：根據(jù)左手定則，洛倫茲力垂直于B，也垂直于v，垂直于B與v所決定的平面，但B與v不一定垂直. 答案：B 【例2】如圖所示的是磁感應(yīng)強度B、正電荷速度v和磁場對電荷的作用力F三者方向的相互關(guān)系圖（其中B垂直于F與v決定的平面，B、F、v兩兩垂直）。其中正確的是 答案：D ☆洛倫茲力的大小 【例3】如圖所示，勻強磁場方向水平向里，勻強電場方向豎直向下，有一正離子恰能沿直線從左向右水平飛越此區(qū)域。則 A．若電子從右向左飛入，電子也沿直線運動 B．若電子從右向左飛入，電

12、子將向上偏轉(zhuǎn) C．若電子從右向左飛入，電子將向下偏轉(zhuǎn) D．若電子從左向右飛入，電子也沿直線運動 解析：若電子從右向左飛入，電場力向上，洛倫茲力也向上，所以上偏，B正確；若電子從左向右飛入，電場力向上，洛倫茲力向下。由題意，對正電荷qE=Bqv，與q無關(guān)，所以對電子二者也相等，所以電子從左向右飛，做勻速直線運動. 答案：BD 【例4】一個長螺線管中通有電流，把一個帶電粒子沿中軸線方向射入（若不計重力影響），粒子將在管中 A．做圓周運動 B．沿軸線來回運動 C．做勻加速直線運動 D．做勻速直線運動 解析：通電長螺線管內(nèi)部的磁場方向始終與中軸線平行，帶電粒子沿磁場方向運動時，不受洛倫茲力，所以一直保持原運動狀態(tài)不變，正確答案是D。 答案：D ★課余作業(yè) 完成P98“問題與練習”第1、2、5題。書面完成第3、4題。 ★教學體會 思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學的根本；親自實踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學生能力的關(guān)鍵，離開了思維方法和實踐活動，物理教學就成了無源之水、無本之木。學生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。