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2019-2020年高中物理《磁場對運動電荷的作用》教案1 新人教版選修3-1 教學目標： 一、知識目標 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、了解v和B垂直時的洛倫茲力大小及方向判斷. 6、理解洛倫茲力對電荷不做功. 二、能力目標 通過洛倫茲力大小的推導過程進一步培養(yǎng)學生的分析推理能力. 三、德育目標 讓學生認真體會科學研究最基本的思維方法:“推理—假設—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.洛倫茲力對帶電粒子不做功. 2.洛倫茲力方向的判斷. 教 學 過 程 教學設計 設計意圖 復習提問 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=4.010-2 T，導線長L=10 cm，I=1 A.求：導線所受的安培力大?。? ［學生解答］ 已知：B=410-2 T I=1 A L=10 cm=0.1 m 求F. 解：F=BIL=410-2 T1 A0.1 m=410-3 N 答：導線受的安培力大小為410-3 N. 復習提問 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). ［演示實驗］觀察磁場是否對運動電荷有作用. ［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. ［實驗結(jié)果］在沒有外磁場時，電子束沿直線運動，將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. ［學生分析得出結(jié)論］ 磁場對運動電荷有作用. 15--4磁場對運動電荷的作用 一、洛倫茲力 1、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). ［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 1.判定安培力方向. 2.電流方向和電荷運動方向的關(guān)系. 3.F安的方向和洛倫茲力方向關(guān)系. 4.電荷運動方向、磁場方向、洛倫茲力方向的關(guān)系. ［學生答］ 1.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. 2.電流方向和正電荷運動方向相同，和負電荷運動方向相反. 3.F安的方向和正電荷所受的洛倫茲力的方向相同，和負電荷所受的洛倫茲力的方向相反. 4.學生分析總結(jié). 二、洛倫茲力方向的判斷——左手定則 伸開左手，使大拇指和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；若四指指向是電荷運動的反方向，那么拇指所指的正方向就是負電荷所受洛倫茲力的方向. ［投影出示練習題］ 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. ［學生解答］ 1.甲中正電荷所受的洛倫茲力方向向上. 2.乙中正電荷所受的洛倫茲力方向向下. 3.丙中正電荷所受的洛倫茲力方向垂直于紙面指向讀者. 4.丁中正電荷所受的洛倫茲力的方向垂直于紙面指向紙里. 三、洛倫茲力的大小 現(xiàn)在我們來研究一下洛倫茲力的大小. 若有一段長度為L的通電導線，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，將這段導線垂直于磁場方向放入磁感應強度為B的磁場中. ［問題］這段導體所受的安培力為多大？ ［學生答］F安=BIL ［問題］由第十五章第1節(jié)的思考和討論，電流強度I的微觀表達式是多少？ ［學生答］I的微觀表達式為I=nqSv ［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 1、計算式：f=qvB 2、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） 3、適用條件：v⊥B ［問題］若此電子不垂直射入磁場，電子受到的洛倫茲力又如何呢？有興趣的同學課下探討，教師不做重點講解. 由通電導線不垂直于磁場對受到的安培力入手分析，F(xiàn)安=BILsinθ，可得f=qvBsinθ. 說明： （1）θ角為電荷運動方向和磁場方向的夾角. （2）θ=90時f=qvB;θ=0時F=0. （3）因為B為矢量 Bsinθ為B在垂直于v方向上的分量. Bcosθ為B沿v方向上的分量. （4）因為v為矢量：f=qvBsinθ可寫成f=qBvsinθ. vsinθ理解為v在垂直于B方向上的分量. f=qvBsinθ θ為電荷運動方向與磁場方向的夾角 討論：θ=90時，f=qvB θ=0時，f=0,v和B在同一直線上，不受洛倫茲力. ［投影出示練習題］ 1.電子的速率v=3106 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？ ［學生答］f=qvB=1.6010-1931060.10=4.810-14 N 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) ［學生答］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. ［問題］讓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. 4、洛倫茲力對電荷不做功. 5、地磁場對宇宙射線中高能粒子的偏轉(zhuǎn)作用 小結(jié) 本節(jié)課我們認識了磁場對電荷存在作用力，總結(jié)了它的方向和大小規(guī)律。值得注意的是，這些結(jié)論的得出都離不開一個重要的理論支持，那就是：安培力是洛侖茲力的宏觀體現(xiàn)。因此從某中角度看，本節(jié)知識仍然是前面知識的延續(xù)，所以，同學們要抓住這種聯(lián)系，而不要對新知識產(chǎn)生畏難情緒。 15--4磁場對運動電荷的作用 板 書 設 計 一、洛倫茲力 1、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). 二、洛倫茲力方向的判斷——左手定則 三、洛倫茲力的大小 1、計算式：f=qvB 2、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） 3、適用條件：v⊥B 4、洛倫茲力對電荷不做功. 5、地磁場對宇宙射線中高能粒子的偏轉(zhuǎn)作用