江西省上饒縣中學高中物理運動電荷在磁場中受到的力教案新人教版

1、學習必備歡迎下載江西省上饒縣中學高二物理選修3-1 教案：運動電荷在磁場中受到的力一、教學目標1知識與技能(1) 知道什么是洛倫茲力。利用左手定則判斷洛倫茲力的方向。(2) 知道洛倫茲力大小的推理過程。(3) 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。(4) 了解 v 和 B 垂直時的洛倫茲力大小及方向判斷。理解洛倫茲力對電荷不做功。(5) 了 解電視顯像管的工作原理。2過程與方法通過觀察， 形成洛倫茲力的概念，同時明確洛倫茲力與安培力的關(guān)系( 微觀與宏觀 ) ，洛倫茲力的方向也可以用左手定則判斷。 通過思考與討論， 推導出洛倫茲力的大小公式F qvBsin 。最后了解洛倫茲力的

2、一個應(yīng)用電視顯像管中的磁偏轉(zhuǎn)。3情感態(tài)度與價值觀引導學生進一步學會觀察、分析、推理，培養(yǎng)學生的科學思維和研究方法。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”。二、教學重點難點重點： 1. 利用左手定則會判斷洛倫茲力的方向。洛倫茲力大小計算公式的推導和應(yīng)用。2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。難點： 1. 洛倫茲力對帶電粒子不做功。2洛倫茲力方向的判斷。洛倫茲力計算公式的推導。三、教學用具電子射線管、高壓電源、磁鐵、多媒體。四、教學過程（一）導入新課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( 讓學生上黑板做)若已知上圖中

3、：B4.0 ×10 2 T，導線長L10 cm， I 1 A。求：導線所受的安培力大??？ 學生解答 解： F BIL 4×10 2 T×1 A×0.1 m 4×10 3 N答：導線受的安培力大小為4×10 3 N 。2什么是電流？ 學生答 電荷的定向移動形成電流。 教師講述 磁場對電流有力的作用，電流是由電荷的定向移動形成的，我們會想到： 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)。學習必備歡迎下載 演示實驗 觀察磁場陰極射線在磁場中的偏轉(zhuǎn) 教師 說明電子射線管的原理：(95頁圖3.51)說明陰極射線是燈

4、絲加熱放出電子，電子在加速電場的作用下高速運動而形成的電子流，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，磁鐵是用來在陰極射線周圍產(chǎn)生磁場的，還應(yīng)明確磁場的方向。 實驗結(jié)果 在沒有外磁場時，電子束沿直線運動，蹄形磁鐵靠近電子射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運動軌跡發(fā)生了彎曲。學生用左手定則判斷電子束彎曲方向。 學生分析得出結(jié)論 磁場對運動電荷有作用力（二）推進新課1洛倫茲力的方向和大小(1) 洛倫茲力的定義：運動電荷在磁場中受到的作用力。通電導線在磁場中所受安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)?！菊f明】 可以根據(jù)磁場對電流有作用力而對未通電的導線沒有作用力，引導學生提出猜想：磁場對電流作用力的實質(zhì)是磁

5、場對運動電荷的作用力。 過渡語 運動電荷在磁場中受到洛倫茲力的作用，那么洛倫茲力的方向如何判斷呢？問題如圖(2) 洛倫茲力的方向判定安培力方向。 ( 上圖甲中安培力方向為垂直電流方向向上，乙圖安培力方向為垂直電流 方向向下 )電流方向和電荷運動方向的關(guān)系。 ( 電流方向與正電荷運動方向相同，與負電荷運動方向相反 )F安的方向和洛倫茲力方向的關(guān)系。(F 安的方向與正電荷所受的洛倫茲力的方向相同，與負電荷所受的洛倫茲力的方向相反。)電荷運動方向、磁場方向、洛倫茲力方向的關(guān)系。( 學生分析總結(jié) )洛倫茲力方向的判斷左手定則伸開左手，使大拇指與其余四指垂直且處于同一平面內(nèi)，把手放入磁場中，讓磁感線垂直

6、穿入手心， 若四指指向正電荷運動的方向，那么拇指所受的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向； 若四指指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。【要使學生明確】正電荷運動方向應(yīng)與左手四指指向一致，負電荷運動方向則應(yīng)與左手四指指向相反( 先確定負電荷形成電流的方向，再用左手定則判定) 。課堂練習 投影出示練習題 “問題與練習”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。學習必備歡迎下載 學生解答 甲中正電荷所受的洛倫茲力方向向上。乙中正電荷所受的洛倫茲力方向向下。丙中正電荷所受的洛倫茲力方向垂直于紙面指向讀者。丁中正電荷所受的洛倫茲力的方向垂直于紙面指

7、向紙里。討論 B、 v、 F 三者方向間的相互關(guān)系。如圖所示。甲v 與 B 垂直乙v 與 B 不垂直洛倫茲力與粒子運動方向、磁感應(yīng)強度方向的關(guān)系學生： F 總垂直于B 與 v 所在的平面。B 與 v 可以垂直，可以不垂直。(3) 洛倫茲力的大小現(xiàn)在我們來研究一下洛倫茲力的大小。通過“思考與討論”，來推導公式F qvBsin 時，應(yīng)先建立物理模型 ( 教材圖 3.5 3) ，再循序漸進有條理地推導，這一個過程可放手讓學生完成，體現(xiàn)學習的自主性。也可以通過下面的命題引導學生一一回答。設(shè)有一段長度為 L 的通電導線，橫截面積為S，導線每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

8、的平均速率為v，將這段導線垂直于磁場方向放入磁感應(yīng)強度 為 B 的磁場中。 問題 這段導線中電流 I的微觀表達式是怎樣的？讓學生推導后回答。 學生答 I 的微觀表達式為I nqSv 問題 這段導體所受的安培力為多大？ 學生答 F安 BIL 問題 這段導體中含有多少自由電荷數(shù)？ 學生答 這段導體中含有的電荷數(shù)為nLS。 問題 每個自由電荷所受的洛倫茲力大小為多大？ 學生答 安培力可以看作是作用在每個運動電荷上的洛倫茲力F 的合力，這段導體中含有的自由電荷數(shù)為 nLS，所以 F F 安 /nLS BIL/nLS nqvSLB/nLS qvB。 問題 當運動電荷的速度v 方向與磁感應(yīng)強度B 的方向不

9、垂直時，設(shè)夾角為 ，則電荷所受的洛倫茲力大小為多大？(4) 洛倫茲力的計算公式當粒子運動方向與磁感應(yīng)強度垂直時(v B)F qvB當粒子運動方向與磁感應(yīng)強度方向成 時F qvBsin 上兩式各量的單位：F 為牛 (N) ， q 為庫倫 (C) ， v 為米 / 秒 (m/s) ，B 為特斯拉 (T)學習必備歡迎下載最后，通過“思考與討論”，說明 由洛倫茲力所引起的帶電粒子運動的方向總是與洛倫茲力的方向相垂直的，所以它對運動的帶電粒子總是不做功的。課堂練習1電子的速率v3×10 6 m/s ，垂直射入B 0. 10 T 的勻強磁場中，它受到的洛倫茲力是多大？分析求解： F qvB1.6

10、0 ×10 19×3×10 6×0.10 4.8 ×10 14 N2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相對于預定地面向東偏轉(zhuǎn)C相對于預定點稍向西偏轉(zhuǎn)D相對于預定點稍向北偏轉(zhuǎn)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電視機顯像管的工作原理教師：引導學生閱讀教材相關(guān)內(nèi)容，思考并回答問題。電子束是怎樣實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)的？如圖所示：顯像管原理示意圖 ( 俯視圖 )問題 1：要使

11、電子打在A 點，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向？問題 2：要使電子打在B 點，偏 轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向？問題 3：要使電子打在熒火屏的位置從A 點向 B 點逐漸移動，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該怎樣變化？答： 1. 要使電子打在A 點，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該垂直紙面向外。2. 要使電子打在 B 點，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該垂直紙面向里。3. 要使電子打在熒光屏的位置從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。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？學生閱讀教材，進一步了解顯像管的工作過程。最后讓學生回憶“示波管的原理”，通過對比比較二者的差異。3實例探究洛倫茲力的方向例

12、 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 不一定垂直于vC B 必定垂直于F、 v，但 F 不一定垂直于vD 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()學習必備歡迎下載答案： 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