3.5 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力教案

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1、老常理科思維訓(xùn)練中心物理教學(xué)組 3.5 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力 ★新課標(biāo)要求 （一）知識(shí)與技能 1、知道什么是洛倫茲力。 2、利用左手定則會(huì)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(jìn)入磁場(chǎng)方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計(jì)算。 5、理解洛倫茲力對(duì)電荷不做功。 6、了解電視機(jī)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(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的分析推理能力。 （三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀 讓學(xué)生認(rèn)真體會(huì)科學(xué)研究最基本的思維方法：“推理—假設(shè)—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證” ★教學(xué)重點(diǎn) 1、利用左手定則會(huì)判斷洛倫茲力的方向。 2、掌握垂直進(jìn)入

2、磁場(chǎng)方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計(jì)算。 ★教學(xué)難點(diǎn) 1、理解洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功。 2、洛倫茲力方向的判斷。 ★教學(xué)方法 第9頁（共9頁） 實(shí)驗(yàn)觀察法、講述法、分析推理法 ★教學(xué)用具： 電子射線管、電源、磁鐵、投影儀、投影片 ★教學(xué)過程 （一）引入新課 教師：（復(fù)習(xí)提問）前面我們學(xué)習(xí)了磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力，下面思考兩個(gè)問題： （1）如圖，判定安培力的方向 學(xué)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(xué)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(xué)生：電荷的定向移動(dòng)形成電流。 教師：磁場(chǎng)對(duì)電流有力的作用，電流是由電荷的定向移動(dòng)形成的，大家會(huì)想到什么？ 學(xué)生：這個(gè)力可能是作用在運(yùn)動(dòng)電荷上的，而安培力是作用在運(yùn)動(dòng)電荷上的力的宏觀表現(xiàn)。 ［演示實(shí)驗(yàn)］用陰極射線管研究磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)軌跡。 學(xué)生：觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：在沒有外

4、磁場(chǎng)時(shí)，電子束沿直線運(yùn)動(dòng)，將蹄形磁鐵靠近陰極射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生了彎曲。 學(xué)生分析得出結(jié)論：磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有作用。 （二）進(jìn)行新課 1、洛倫茲力的方向和大小 教師講述：運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的作用力稱為洛倫茲力。通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力實(shí)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(gè)手指垂直，并且都和手掌在一個(gè)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(yùn)動(dòng)的方向，那么，大拇指所指的方向就是運(yùn)動(dòng)的正電荷在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力的方向。 如果運(yùn)動(dòng)的是負(fù)電荷，則四指指

5、向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)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。 ［投影片出示練習(xí)題］ （1）試判斷下圖中所示的帶電粒子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)所受的洛倫茲力的方向。 甲 乙 丙 丁 學(xué)生解答： 甲中正電荷所受的洛倫茲力方向向上； 乙中負(fù)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(fù)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(xué)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(gè)自由電荷的電量為q，定向移動(dòng)的平均速率為v，將這段導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)方向放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中。 教師：這段導(dǎo)體所受的安培力為多大？ 學(xué)生：F安=BIL 教師：電流強(qiáng)度I的微觀表達(dá)式是什么？ 學(xué)生：I的微觀表達(dá)式為I=nqSv 教師：這段導(dǎo)體中含有多少自由電荷數(shù)？ 學(xué)生：這段導(dǎo)體中含有的電荷數(shù)為nLS。 教師：每個(gè)自由電荷所受的洛倫茲力大小為多大？ 學(xué)生：安培力可以看作是作用在每個(gè)運(yùn)動(dòng)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(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷的速度v方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向不垂直時(shí)，設(shè)夾角為θ，則電荷所受的洛倫茲力大小為多大？ 學(xué)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(xué)們討論一下帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，洛倫茲力對(duì)帶電粒子是否做功？說明理由。 教師引導(dǎo)學(xué)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(duì)電荷不做功。 投影片出示練習(xí)題： 練習(xí)1、電子的速率v=3×106 m/s，垂直射入B=0.10 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)

8、中，它受到的洛倫茲力是多大？ 學(xué)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(xí)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(diǎn)，則這些質(zhì)子在進(jìn)入地球周圍的空間時(shí)，將_______ A．豎直向下沿直線射向地面 B．相對(duì)于預(yù)定地面向東偏轉(zhuǎn) C．相對(duì)于預(yù)定點(diǎn)稍向西偏轉(zhuǎn) D．相對(duì)于預(yù)定點(diǎn)稍向北偏轉(zhuǎn) 學(xué)生分析解答：B。地球表面地磁場(chǎng)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(xué)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(shí)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(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該沿什么方向？ （2）要是電子打在B點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該沿什么方向？ （3）要是電子打從A點(diǎn)向B點(diǎn)逐漸移動(dòng)，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該怎樣變化？ 學(xué)生：思考并回答問題： （1）要是電子打在A點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該垂直紙面向外 （2）要是電子打在B點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該垂直紙面向里 （3）要是電子打從A點(diǎn)向B點(diǎn)逐漸移動(dòng)，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(gè)亮點(diǎn)，為什么整個(gè)熒光屏都能發(fā)光能？ 學(xué)生閱讀教材，進(jìn)一步了解顯像管的工作過程。

10、（三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng) 教師活動(dòng)：讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請(qǐng)一個(gè)同學(xué)到黑板上總結(jié)，其他同學(xué)在筆記本上總結(jié)，然后請(qǐng)同學(xué)評(píng)價(jià)黑板上的小結(jié)內(nèi)容。 學(xué)生活動(dòng)：認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會(huì)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(diǎn)評(píng)：總結(jié)課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力。 教師要放開，讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)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(shí)框架。 （四）實(shí)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(qiáng)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(qiáng)度B、正電荷速度v和磁場(chǎng)對(duì)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(qiáng)磁場(chǎng)方向水平向里，勻強(qiáng)電場(chǎng)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(yùn)動(dòng) 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(yùn)動(dòng) 解析：若電子從右向左飛入，電場(chǎng)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(chǎng)力向上，洛倫茲力向下。由題意，對(duì)正電荷qE=Bqv，與q無關(guān)，所以對(duì)電子二者也相等，所以電子從左向右飛，做勻速直線運(yùn)動(dòng). 答案：BD 【例4】一個(gè)長螺線管中通有電流，把一個(gè)帶電粒子沿中軸線方向射入（若不計(jì)重力影響），粒子將在管中 A．做圓周運(yùn)動(dòng) B．沿軸線來回運(yùn)動(dòng) C．做勻加速直線運(yùn)動(dòng) D．做勻速直線運(yùn)動(dòng) 解析：通電長螺線管內(nèi)部的磁場(chǎng)方向始終與中軸線平行，帶電粒子沿磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，不受洛倫茲力，所以一直保持原運(yùn)動(dòng)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(xí)”第1、2、5題。書面完成第3、4題。 ★教學(xué)體會(huì) 思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學(xué)的根本；親自實(shí)踐參與知識(shí)的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學(xué)生能力的關(guān)鍵，離開了思維方法和實(shí)踐活動(dòng)，物理教學(xué)就成了無源之水、無本之木。學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。