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洛伦兹力的应用-鲁科版选修3-1教案一、教学目标1. 知识与能力目标•了解洛伦兹力的概念和表达式；•了解洛伦兹力的作用；•掌握洛伦兹力在实际应用中的运用。
2. 过程与方法目标•通过实际案例掌握洛伦兹力的应用方式；•通过课堂实验和电磁场分析软件的模拟实验提高学生分析问题的能力；•通过小组合作和信息交换提高学生的团队协作和表达能力。
3. 情感态度与价值观目标•加深对物理理论知识的了解和兴趣，增强实际应用意识；•培养学生实验精神，养成科学态度和实验精神，增强科学素质；•培养学生创新能力和解决实际问题的能力。
二、教学重难点1. 教学重点•洛伦兹力的概念和表达式；•洛伦兹力在实际应用中的运用。
2. 教学难点•洛伦兹力与应用问题的联系，如何在实际问题中应用洛伦兹力。
三、教学内容和过程1. 教学内容（1）洛伦兹力的介绍•什么是洛伦兹力；•洛伦兹力的表达式；•洛伦兹力的作用。
（2）电子在磁场中的运动•定义垂直于磁场和电子速度的洛伦兹力；•电子在磁场中做匀速圆周运动的分析；•磁感应强度和磁场对电子的影响。
（3）洛伦兹力在电工中的应用•电磁感应定律的基本原理；•动态电子角动量守恒定律；•洛伦兹力在电机中的应用。
2. 教学过程（1）导入教师通过提问，引出本节课所要学习的内容和目的，让学习者了解洛伦兹力的概念和表达式。
（2）学习学生通过教师的讲解和课后阅读，了解洛伦兹力的表达式和在实际应用中的作用。
（3）探究教师通过课堂实验和电磁场分析软件的模拟实验，让学生掌握洛伦兹力的应用方式，并分析实验中出现的问题。
（4）展示学生通过小组合作和信息交换，将自己学习到的成果汇报给其他同学，并与其他同学进行讨论和交流。
（5）总结教师对本节课所要学习的内容进行总结，强调学生需要掌握的重点和难点。
四、教学评价1. 评价方式本节课采取自评、互评和教师评价三者相结合的方式。
2. 评价要求自评、互评和教师评价主要从知识掌握、实践能力和情感态度三方面进行评价。
第7课时 磁场对运动电荷的作用考点1.洛仑兹力1. 定义：磁场对运动电荷受到的作用力叫做洛仑兹力．2. 大小：F 洛=qvBsin θ ,(θ为B 与v 的夹角)（1）当v ⊥B 时，F 洛max=qvB; （2）当v ∥B 时，F 洛min=0 ;3. 洛仑兹力的方向：由左手定则判断。
注意：① 洛仑兹力一定垂直于B 和v 所决定的平面（因为它由B 、V 决定）即F 洛⊥B 且F 洛⊥V;但是B与V 不一定垂直（因为它们由自身决定）②四指的指向是正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向4. 特点：洛仑兹力对电荷不做功，它只改变运动电荷速度的方向，不改变速度的大小。
原因： F洛⊥V5. 洛仑兹力和安培力的关系：F 洛是F 安的微观解释，F 安是F 洛宏观体现。
考点2：带电粒子在磁场中的圆周运动1．若v ∥B ，则F 洛=0，带电粒子以速度v 做匀速直线运动.2．若v ⊥B ，则带电粒子在垂直于磁感应线的平面内以入射速度v 做匀速圆周运动．(1) 洛仑兹力充当向心力：rmv qvB 2= (2)轨道半径：qBmE qB p qB mv r K 2===(3)周 期：qBm v r T ππ22== (4)角 速 度：m qB ω=(5)频 率：mqB T f π21== (6)动 能：m(qBr)m v E k 22122==磁场对运动电荷的作用1．如图11-3-10所示，在电子射线管上方平行放置一通电长直导线，则电子射线将( )A ．向上偏转B ．向下偏转C ．向纸内偏转D ．向纸外偏转【解析】根据安培定则，通电导线产生的磁场在电子射线处的方向是指向读者，射线管内电子的运动方向是水平向右，根据左手定则判断电子所受洛伦兹力方向向上，所以电子向上偏转，答案A 正确．【答案】A2．一带电粒子，沿垂直于磁场的方向射人一匀强磁场，粒子的一段径迹如图11-3-11所示，径迹上每一小段都可以看成圆弧，由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小(电量不变)，则可判定( )A ．粒子从a 到b ，带正电B ．粒子从b 到a ，带正电C ．粒子从a 到b ，带负电D ．粒子从b 到a ，带负电【解析】带电粒子在运动中动能逐渐减少，即速率逐渐减小，根据半径公式，粒子的运动半径逐渐减小，由轨迹形状可知，粒子的运动方向是b 到a ，选择轨迹上的一个点（如b 点）根据左手定则可以判断粒子是带正电的．【答案】B3．如图11-3-12所示，电子以垂直于匀强磁场的速度V A ，从A 处进入长为d ，宽为h的磁场区域，发生偏移而从B处离开磁场,从A 至B的电子经过的弧长为s,若电子电量为e ，磁感应强度为B ，则( )A ．电子在磁场中运动的时间为t=d ／V AB ．电子在磁场中运动的时间为t ＝s ／V AC ．洛伦兹力对电子做功是BeV A ·hD ．电子在A 、B 两处的速度相同【解析】解题时容易受带电粒子在匀强电场中运动的负迁移，错误地将电子的运动判断成类似于平抛运动的匀变速曲线运动，答案A 和C 就是这种错误判断引起的；要区分洛伦兹力作用下的匀速圆周运动和匀强电场中在电场力作用下的匀变速曲线运动，本题中在洛伦兹力作用下作匀速圆周运动时，洛伦兹力是一个变力，对粒子不做功；A 、B 两处的速度方向是不同的，故答案D 错误；因为是匀速圆周运动，所以时间等于弧长除于速度，答案B 正确．【答案】B4．在电视机的显像管中，电子束的扫描是用磁偏转技术实现的，其扫描原理如图11-3-13所示．电子从电子枪射出，向右射入圆形区域内的偏转磁场，磁场方向垂直于圆面，设磁场方向向里时磁感应强度为正值．当不加磁场时，电子束将通过O 点而打在屏图11-3-10 图11-3-11 图11-3-12幕的中心M 点．为了使屏幕上出现一条以M 点为中点，并从P 点向Q 点逐次扫描的亮线PQ ，偏转磁场的磁感应强度B 随时间变化的规律应是图11-3-14中的（ ）【解析】首先要使通过磁场的电子在中心点O 左右两侧偏转，则需改变磁场的方向，在一次扫描过程中，沿电子运动方向观察，由左向右逐次扫描，则洛伦兹力先向左后向右，根据左手定则判断，磁场方向应先向外（B 为负值）后向里（B 为正值）；其次要使电子偏转到PQ 间任何一点上，即通过磁场时，要求有不同的偏转角度，所以磁感应强度B 的大小应随时间而变化，答案C 正确．【答案】C5．如图11-3-15所示，比荷为e /m 的电子，以速度0v 从A 点沿AB 边射入边长为a 的等边三角形的匀强磁场区域中，欲使电子能从BC 边穿出，磁感应强度B 的取值为（ ）A ．aemv B 03= B ．ae m v B 02= C ．aemv B 03< D ．ae m v B 02< 【解析】先根据题意画出电子沿弧运动的轨迹，因为弧上任意一点的速度方向必然与过该点的半径垂直，故可以过A 点作与0v 方向（即AB 方向）垂直的直线，此直线即为带电粒子做匀速圆周运动的半径所在的直线．同理过C 点作垂直于BC 的直线，也为过该点的半径所在的直线，两直线相交于O 点，即为带电粒子做匀速圆周运动的圆心，如图所示，由图示情况可以看出圆心角∠AOC=1200,θ=600．当3232sin 2aa ar ===θ时,电子刚好不能从BC 边射出， 要使电子可以从BC 边射出，必满足r ＞3a，而r ＝Bemv 0， 所以 B ＜aemv 03时，电子可以从BC 边射出． 【答案】C6．质量为m 、电量为+q 的带电粒子（不计重力），以速度V 垂直进入磁感应强度为B 的匀强磁场中，并作顺时针方向的匀速圆周运动，则粒子的角速度大小为________，向心加速度大小为________；带电粒子的匀速圆周运动等效于一个环形电流，该环形电流的电流强度为________，其产生的磁场图11-3-14图11-3-15的方向与匀强磁场的方向________（相同或相反）．【解析】洛伦兹力提供向心力2ωmr Bqv =，且r v ω=，得到2ωωmr r Bq =，mBq =ω；向心加速度m Bqv a =；等效环形电流的电流强度mBq T q I π22==；电流方向是顺时针方向，由安培定则判断电流产生的磁场垂直轨道平面向里，而根据左手定则判断匀强磁场方向垂直轨道平面向外，所以两者方向相反．【答案】m Bq =ω；m Bqv a =；mBq I π22=；相反． 7．如图11-3-16所示为一正方形空腔的横截面，a 、b 、c 为三个小孔(孔径不计)，腔内有一垂直于纸面向里的匀强磁场，一束具有不同速率的电子，由孔a 垂直磁场方向射入空腔．如从孔b 、c 分别有电子射出，则从两孔射出电子的速率之比V b :V c ＝________，飞行时间之比t b :t c =________.【解析】由各孔的轴线方向可知，从孔b 射出的电子的速度方向改变1800，圆周运动的圆心为ab 的中点，直径为ab ；从孔c 射出的电子的速度方向改变900,圆周运动的圆心是b 点，半径是ab ．所以两者的轨道半径之比为1：2，根据半径公式可知，两者的速度之比为1：2；轨道对应的圆心角之比是2：1,根据时间公式Bqm t θ=，可知两者的运动时间之比是2：1．【答案】1：2； 2：1 8．（2001年高考全国卷）如图11-3-17所示，在y<0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于xoy 平面并指向纸面外，磁感应强度为B ，一带正电的粒子以速度V 0从O 点射入磁场，入射方向在xoy 平面内，与x轴正方向的夹角为θ，若粒子射出磁场的位置与O 点的距离为L ，求该粒子的电量和质量之比(比荷)q/m ．【解析】如图所示，带正电粒子在磁场中匀速圆周运动而从x 轴上的A点射出，半径O 1O 和O 1A 分别与入射的初速度和出射的末速度垂直，由平面几何知识可以判断：其中∠OO 1A=2θ，则∠OO 1D=θ，所以圆周运动的半径为θsin 2L r =，由半径公式Bqmv r =，可得比荷为LB v Br v m q θsin 20⋅==．【答案】LB v θsin 20⋅9．两极板M 、N 相距为d ，板长为3d ，两极板都未带电，板间有垂直于纸面向外的匀强磁场，如图11-3-18所示，一群电子沿平行于极板的方向从各个位置以速度V 射入板间．为了使电子都不从板间穿出，磁感应强度B 的取值范围是怎样的?(设电子电量为e 、质量为m)【解析】如图所示，电子射入磁场时所受洛伦兹力向上，都向上偏转，显然从下极板A 点射入的电子最容易从右侧或左侧穿出，所以以该电子为研究对象，若半径足够大，恰好从上极板C 点处射出，对应的半径为r 1,由直角三角形O 1CD 得22121)3()(d d r r +-=，d r 51=；若半径足够图11-3-16 图11-3-17 图11-3-18小，恰好从上极板D 点处射出，对应的半径为r 2,22d r =,由半径公式Bq mv r =，得demv q r mv B 511==，demv B 22=．当电子的轨道半径的取值为2r <r <1r 时，电子不会从板间穿出，根据半径公式可知磁感应强度越大，电子的轨道半径越小，所以磁感应强度B 的范围是：21B B B <<．【答案】de mv B de mv 25<< 10．正负电子对撞机的最后部分的简化示意图如图11-3-19所示（俯视图），位于水平面内的粗实线所示的圆环形真空管道是正、负电子作圆周运动的“容器”，经过加速器加速后的正、负电子分别引人该管道时，具有相等的速度v ，它们沿管道向相反的方向运动．在管道内控制它们运动的是一系列圆形电磁铁，即图中的n 个A 1、A 2、A 3、……An ，并且均匀分布在整个圆环上(图中只示意性地用细实线画了几个．其它的用虚线表示)，每个电磁铁内的磁场都是匀强磁场，并且磁感应强度都相同，方向都竖直向下．每个磁场区域的直径为d ，改变电磁铁内电流的大小，就可改变磁感应强度，从而改变电子偏转角度的大小，经过精确的调整，首先实现了电子沿管道的粗虚线运动，这时电子经每个电磁铁时射入点和射出点都在圆形电磁铁的直径两端，这就为进一步实现正、负电子的对撞作好了准备． （ 1 ）试确定正、负电子在管道中分别沿什么方向运动；（ 2 ）已知正、负电子的质量都是m ，所带的电荷为e ，重力不计．求电磁铁内磁感应强度的大小．【解析】（ 1 ）如图所示，以电子通过磁场中C 点时分析：洛伦兹力指向圆心O ，由左手定则判断，负电子在磁场中应从C 点顺时针方向向D 点运动，正电子在图中沿逆时针方向运动．（ 2 ）电子经过每个电磁铁产生的磁场时，入射点与出射点是直径的两端，圆弧CD 对应的圆心角是nπθ2=，所以由图所示可知，r d 22sin =θ，半径2sin 2θd r =，电子在电磁铁内做圆运动的半径为Be mv r =，解得de n mv B )sin 2(π⋅=．【答案】正电子沿逆时针方向运动，负电子沿顺时针方向运动；de n mv )sin2(π⋅．图11-3-19。
高二物理选修3-1 研究洛伦兹力教学维目标：1、知识与技能⑴通过实验，认识洛伦兹力。
会判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小。
⑵理解洛仑兹力对运动电荷不做功。
⑶了解速度选择器。
2、过程与方法通过观察电子束在磁场中的偏转研究洛仑兹力的方向，体验研究物理学的实验方法。
对比安培力与洛仑兹力，从理论上导出洛仑兹力公式，认识科学探究方法的多样性。
3、情感、态度与价值观由实验观察得知洛仑兹力的存在，培养实事求是的科学态度。
由理论推导得出洛仑兹力大小的公式，培养严密推理的科学作风。
【教学重点、难点】：1．洛伦兹力方向的判断方法——左手定则和洛伦兹力大小计算公式的推导和应用。
2．因电荷有正、负两种，在用左手定则判断不同的电荷受到的洛伦兹力方向时，要强调四指所指方向应是正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向。
教学过程：【教学过程】：一、预习提纲：⑴安培力的方向判定：⑵安培力的大小：F= （清楚各个物理量的含义）⑶电流的定义：⑷电流的方向：⑸电流强度大小的计算：定义式：I= 微观表达式：I=⑹洛伦兹力的定义：⑺要探究洛伦兹力你觉得需要哪些实验器材？⑻实验过程你需要记录哪些数据？怎么设计记录表格？⑼发挥你的猜想，你觉得实验的结果会是怎样？二、课堂教学：（第一课时）【教师】：演示一个通电导线垂直放入磁场中和一个一样的但没有通电的导线也放入磁场中，要求学生注意观察实验现象。
教师提问：哪个导线被磁场排斥（或吸引？为什么？【学生】：通电导线，原因是有安培力。
【教师】：磁场为什么会对通电导线有力的作用？这个力是不是作用在运动电荷上的？如果是，大小等于多少？方向如何判断？【学生】：猜想：磁场对运动电荷有力的作用。
【教师】要完成实验，你需要做哪些器材？根据学生的回答，最后教师介绍电子射线管。
【学生】做实验，记录现象。
【教师】在学生实验过程中指导，帮助。
【学生】总结实验，得出洛伦兹力方向的判定方法。
【教师】洛伦兹力对运动电荷会做功吗？【学生】由洛伦兹力所引起的带电粒子运动的方向总是与洛伦兹力的方向相垂直的，所以它对运动的带电粒子总是不做功的。
第4节磁场对运动电荷的作用——洛伦兹力1．运动电荷在磁场中受到的磁场力叫洛伦兹力，其大小与运动电荷的电荷量、运动速度、磁感应强度有关，方向可用左手定则判断。
2．洛伦兹力公式F洛＝q v B，其中v与B相互垂直，当v与B平行时，运动电荷所受洛伦兹力大小为零。
3．带电粒子垂直于磁场方向进入匀强磁场中，做匀速圆周运动，运动半径R＝m vqB，周期T＝2πmqB。
一、洛伦兹力1．定义运动电荷在磁场中受到的磁场力，叫洛伦兹力。
2．与安培力的关系静止的通电导线在磁场中受到的安培力，在数值上等于大量定向运动电荷受到的洛伦兹力的总和。
即安培力是洛伦兹力的宏观表现，而洛伦兹力是安培力的微观本质。
3．洛伦兹力的方向判断——左手定则(1)正电荷所受洛伦兹力的方向伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，四指指向为正电荷运动的方向，那么，拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。
(2)负电荷所受洛伦兹力的方向同样应用左手定则判断，只是四指指向负电荷运动的相反方向，拇指所指的方向即为负电荷所受洛伦兹力的方向。
4．洛伦兹力的大小 (1)洛伦兹力公式的推导如图3-4-1所示，有一段静止导线长为L ，横截面积为S ，单位体积内的自由电荷数为n ，自由电荷所带电荷量为q ，自由电荷定向移动的速率为v 。
设长度为L 的导线中的自由电荷在t 秒内全部通过截面A ，导线垂直于磁场放置。
图3-4-1则I ＝Q t ＝nSLqt ＝nS v q F 安＝BIL ＝BnS v qL这段导线中自由电荷的总数N ＝nSL所以每个自由电荷受到的洛伦兹力F 洛＝F 安N ＝q v B 。
(2)当电荷垂直磁场方向射入时，F 洛＝q v B 。
(3)当电荷的速度方向和磁场方向平行时，F 洛＝0。
二、带电粒子在磁场中的运动 1．运动特点由于带电粒子在匀强磁场中所受洛伦兹力方向总是与速度方向垂直且大小不变，因此带电粒子将做匀速圆周运动，圆周运动的轨道平面与磁场方向垂直，其向心力来自洛伦兹力。
3.4 磁场对运动电荷的作用—洛伦兹力一、教法和学法设计的中心思想探究性学习是新一轮课程改革中物理课程标准里提出的重要课程理念，其宗旨是改变学生的学习方式，突出学生的主体地位，物理教师不但应该接受这一理念，而且必须将这一理念体现到教学行为中去。
对学生而言，学习也是一种经历，其中少不了学生自己的亲身体验，老师不能包办代替。
物理教学要重视科学探究的过程，要从重视和设计学生体验学习入手，让学生置身于一定的情景，去经历、感受。
探究式教学是美国教育学家布鲁纳在借鉴了杜威的学习程序理论的基础上首先提出的，主要可分为两类：①引导发现式：创设情景——观察探究——推理证明——总结练习；②探究训练式：遇到问题——搜集资料和建立假说——用事实和逻辑论证——形成探究能力。
经教学实践，形成以“引导——探究式”为主要框架，比较适合国内的实用教学模式。
他是以解决问题为中心，注重学生独立钻研，着眼于思维和创造性的培养，充分发挥学生的主动性，仿造科学家探求未知领域知识的途径，通过发现问题、提出问题、分析问题、创造性地解决问题等去掌握知识，培养创造力和创造精神。
二、教学目标1、知识目标1）、通过实验的探究，认识洛伦兹力；会判断洛伦兹力的方向。
2）、理解洛伦兹力公式的推导过程；会计算洛伦兹力的大小。
3）、理解带电粒子垂直进入磁场中做匀速圆周运动的规律。
2、能力目标1）、通过科学的探究过程，培养学生实验探究能力、理论分析能力和运用数学解决物理问题的能力；2）、了解宏观研究与微观研究相结合的科学方法。
3、情感、态度、价值观让学生亲身感受物理的科学探究活动，学习探索物理世界的方法和策略，培养学生的思维。
三、教学设计过程四、研究性学习：今天我们学习了带电粒子的运动方向垂直于磁场方向的情形，请同学们自己研究学习（1）v∥B，（2）v⊥B，（3）v与B成θ角，三种情形中洛伦兹力和带电粒子的运动规律。
磁场对运动电荷的作用——洛仑兹力一、洛仑兹力：磁场对运动电荷的作用力——洛伦兹力电荷的定向移动形成电流，磁场对电流的作用力是对运动电荷作用力的宏观表现。
推导：F 安=B I L⇒推导 f 洛=q B v 建立电流的微观图景 (物理模型)垂直于磁场方向上有一段长为L 的通电导线，每米有n 个自由电荷，每个电荷的电量为q ，其定向移动的速率为v 。
在时间内有vt 体积的电量Q 通过载面，vt 体积内的电量Q=n ·vt ·q 导线中的电流I=tQ= n v q 导线受安培力F=B I L= B ·n v q ·L (nL 为此导线中运动电荷数目)单个运动电荷q 受力f 洛=电荷数F= q B v（1）洛伦兹力的大小：F ＝qvB sin α(α为v 与B 的夹角)注意：① 当v ⊥B 时，f 洛最大，f 洛= q B v (f B v 三者方向两两垂直且力f 方向时刻与速度v 垂直)导致粒子做匀速圆周运动。
②当v // B 时，f 洛=0做匀速直线运动。
③当v 与B 成夹角时，(带电粒子沿一般方向射入磁场)，可把v 分解为(垂直B 分量v ⊥,此方向匀速圆周运动；平行B 分量v //,此方向匀速直线运动)⇒合运动为等距螺旋线运动。
磁场和电场对电荷作用力的差别：只有运动的电荷在磁场中才有可能受洛仑兹力，静止电荷中磁场中不受洛仑兹力。
在电场中无论电荷是运动还是静止，都受电场力作用。
f 洛=的特点：① 始终与速度方向垂直，对运动电荷永不做功，而安培力可以做功。
（所以少用动能定理，多与几何关系相结合）。
②不论电荷做什么性质运动，轨迹如何，洛仑兹力只改变速度的方向，不能改变速度的大小，对粒子永不做功（2）洛伦兹力的方向 用左手定则来判断(难点)．实验：判断f B v 三者方向的关系1.洛伦兹力F的方向既垂直于磁场B的方向，又垂直于运动电荷的速度v的方向，即F 总是垂直于B和v所在的平面．2.使用左手定则判定洛伦兹力方向：伸出左手，让姆指跟四指垂直，且处于同一平面内，让磁感线穿过手心，四指指向正电荷运动方向（当是负电荷时，四指指向与电荷运动方向相反）则姆指所指方向就是该电荷所受洛伦兹力的方向．说明：正电荷运动方向为电流方向(即四指的指向),负电运动方向跟电流方向相反.（3）洛伦兹力的特点洛伦兹力的方向一定既垂直于电荷运动的方向，也垂直于磁场方向．即洛伦兹力的方向垂直于速度和磁场方向决定的平面，同时，由于洛伦兹力的方向与速度的方向垂直，所以洛伦兹力的瞬时功率P＝Fv cos90o＝0，即洛伦兹力永远不做功．二、洛伦兹力与安培力的关系1.洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力，而安培力是导体中所有定向称动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现．2.洛伦兹力一定不做功，它不改变运动电荷的速度大小;但安培力却可以做功．三、不计重力的带电粒子在匀强磁场中的运动1.分三种情况：一是匀速直线运动；二是匀速圆周运动；三是螺旋运动．2.做匀速圆周运动：轨迹半径r=mv/qB；其运动周期T=2πm/qB (与速度大小无关)．3.垂直进入匀强电场和垂直进入匀强磁场时都做曲线运动，但有区别：垂直进入匀强电场，在电场中做匀变速曲线运动(类平抛运动)；垂直进入匀强磁场，则做变加速曲线运动(匀速圆周运动)．点评：凡是涉及到带电粒子的动能发生了变化，均与洛仑兹力无关，因为洛仑兹力对运动电荷永远不做功。
3.5运动电荷在磁场中受的力（应用）学习目标：1、会判断洛伦兹力的方向和大小2、应用洛伦兹力解决实际问题一.速度选择器（阅读课本98页第3题）在平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直，具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。
这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，匀速（或者说沿直线）通过,所以叫速度选择器。
原理; 分析带电粒子的受力（粒子的重力可忽略不计）要做直线运动二力必须满足：速度必须满足：思考：1.其他条件不变，把粒子改为负电荷，能直线通过吗？2.电场、磁场方向不变，粒子从右向左运动，能直线通过吗3.若速度小于这一速度？4.若大于这一速度练习1．如图所示，一速度为v，电量为q的正离子恰能直线飞出离子速度选择器，选择器中磁感强度为B，电场强度为E，下列说法正确的是（）1、若改为电量--q 的离子，将往上偏（其它不变）；2、若速度变为2v，将往上偏（其它不变）；3、若改为+2q的离子，将往下偏（其它不变）；4、若速度改为v/2 将往下偏（其它不变）。
A、①③B、①④C、②③D、②④练习2、在方向如图7所示的匀强电场（场强为E）和匀强磁场（磁感应强度为B）共存的场区，一电子沿垂直电场线和磁感线方向以速度v0 射入场区，则( )A．若v0＞E/B，电子沿轨迹Ⅰ运动，射出场区时，速度v＞v0B．若v0＞E/B，电子沿轨迹Ⅱ运动，射出场区时，速度v＜v0C．若v0＜E/B，电子沿轨迹Ⅰ运动，射出场区时，速度v＞v0D．若v0＜E/B，电子沿轨迹Ⅱ运动，射出场区时，速度v＜v0二．磁流体发电机(看课本P98页第4题)1.图中AB板哪一个是电源的正极图7BEⅠⅡ2.此发电机的电动势？（两板距离为d ，磁感应强度为B ，等离子速度为v ，电量为q练习：设A 、B 平行金属板的面积为S ，相距L ，等离子体的电阻率为ρ，喷入气体速度为v ，板间磁场的磁感强度为B ，板外电阻为R ，当等离子气体匀速通过A 、B 板间时，A 、B 板上聚焦的电荷最多，板间电势差最大，即为电源电动势， 求：(1)电源电动势 （2）电源的内阻 （3）此时通过R 的电流是多大？ (4)发电机的输出功率三、霍尔效应 （阅读课本103页）将导体放在沿x 方向的匀强磁场中，并通有沿y 方向的电流时，导体在与磁场和电流垂直的方向上出现电势差，此现象称为霍尔效应。
研究洛伦兹力-粤教版选修3-1教案1. 教学目标1.1 知识目标：•了解洛伦兹力的概念和基本特点•掌握计算洛伦兹力的方法•理解洛伦兹力对电荷移动的影响1.2 能力目标：•能够分析洛伦兹力对电荷的运动轨迹的影响•能够设计实验验证洛伦兹力的存在和作用•能够解决实际问题中涉及洛伦兹力的应用问题2. 教学重点和难点2.1 教学重点：•洛伦兹力的概念和基本特点•洛伦兹力对电荷的运动轨迹的影响2.2 教学难点：•洛伦兹力对电荷的运动轨迹的分析•洛伦兹力的应用问题的解决3. 教学内容和教学方法3.1 教学内容：•洛伦兹力的概念和基本特点•洛伦兹力的计算方法•洛伦兹力对电荷的运动轨迹的影响•洛伦兹力在实际问题中的应用3.2 教学方法：•探究式教学：通过实验探究洛伦兹力的存在和作用，引导学生理解洛伦兹力的概念和基本特点•演示式教学：通过演示计算洛伦兹力的方法，帮助学生掌握计算洛伦兹力的方法•讨论式教学：通过讨论洛伦兹力对电荷的运动轨迹的影响，提高学生的分析问题和解决问题的能力4. 教学过程4.1 导入（5分钟）通过辩论引入问题：电子运动和磁场有什么关系？引出洛伦兹力的存在。
4.2 拓展（10分钟）通过PPT演示介绍洛伦兹力的概念和基本特点，并举例说明洛伦兹力的作用。
4.3 实验探究（25分钟）使用实验仪器，进行探究洛伦兹力的存在和作用。
学生通过实验观察电子在磁场中的运动轨迹，理解洛伦兹力对电子的作用。
4.4 计算洛伦兹力（20分钟）通过演示计算洛伦兹力的方法，帮助学生掌握计算洛伦兹力的方法。
4.5 分析洛伦兹力对电荷的运动轨迹的影响（20分钟）通过讨论洛伦兹力对电荷的运动轨迹的影响，提高学生的分析问题和解决问题的能力。
4.6 课堂练习（15分钟）通过课堂练习检验学生对洛伦兹力的掌握程度，提供针对性的帮助。
5. 学情分析和教学反思通过本次实验和讨论，学生对洛伦兹力的概念和基本特点有了更深入的了解，并掌握了计算洛伦兹力的方法。
洛伦兹力的应用-鲁科版选修3-1教案一、教学内容概述本教学内容为鲁科版选修3-1中关于洛伦兹力的应用的教学。
本节课将深入讲解洛伦兹力的概念、公式及其应用，使学生掌握洛伦兹力的本质并能够熟练运用。
二、教学目标1.了解洛伦兹力的概念及其产生原因。
2.掌握洛伦兹力的计算公式。
3.理解洛伦兹力在电子运动轨道及质谱仪中的应用。
4.能够熟练运用洛伦兹力的计算及应用。
三、教学重点1.洛伦兹力的概念及其产生原因。
2.洛伦兹力的计算公式。
四、教学难点1.理解洛伦兹力在电子运动轨道及质谱仪中的应用。
2.能够熟练运用洛伦兹力的计算及应用。
五、教学方法1.讲授与互动交流相结合的教学模式。
2.通过引导学生思考、讨论和探究等方式，培养学生的独立思考和创新能力。
六、教学内容及进度安排第一课时：洛伦兹力的概念与表达式1.导入：引导学生了解电磁现象及其背后对称性原理。
2.讲解：介绍洛伦兹力的概念及其产生原因，并介绍洛伦兹力的表达式及示例。
3.分组讨论：组织学生进行分组讨论，通过绘制草图和讨论分析，深入理解洛伦兹力的本质及其计算公式。
教学时间：2学时第二课时：洛伦兹力的应用1.复习：回顾上节课的内容。
2.讲解：介绍洛伦兹力在电子运动轨道中的应用及其原理。
3.分组探究：组织学生分组探究，运用洛伦兹力解决各种实际问题，例如：探测器中的电子速度及质谱仪中离子质量的测量。
4.常见问题解答：回答学生在学习过程中遇到的常见问题。
教学时间：2学时第三课时：洛伦兹力的实际应用1.复习：回顾前两节课的内容。
2.实验演示：通过实验演示的方式，让学生亲身感受洛伦兹力在实际应用中的表现形式。
3.应用案例：通过引导学生分析各种实际应用案例，让学生进一步理解洛伦兹力的应用。
教学时间：2学时七、教学评估1.课堂练习及小组讨论的成果。
2.学生洛伦兹力应用案例分析的报告评估。
3.学生实验数据记录及分析报告的评估。
八、教学资源及参考资料1.鲁科版选修3-1教材。
2.电子书籍《电子、电磁和光学基础》。
微型专题7 洛伦兹力作用下的实例分析[学科素养与目标要求]物理观念：知道速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计的工作原理．科学思维：进一步了解洛伦兹力在科技生活中的应用，提高学生的综合分析和计算能力．科学态度与责任：体会洛伦兹力的应用实例给现代科技生活带来的变化．一、速度选择器1．装置及要求如图1，两极板间存在匀强电场和匀强磁场，二者方向互相垂直，带电粒子从左侧射入，不计粒子重力．图12．带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qE ＝q v B ，即v ＝E B. 3．速度选择器的特点(1)v 的大小等于E 与B 的比值，即v ＝E B.速度选择器只对选择的粒子速度有要求，而对粒子的质量、电荷量大小及带电正、负无要求．(2)当v ＞E B时，粒子向F 洛方向偏转，F 电做负功，粒子的动能减小，电势能增大． (3)当v ＜E B时，粒子向F 电方向偏转，F 电做正功，粒子的动能增大，电势能减小． 例1 在两平行金属板间，有如图2所示的互相正交的匀强电场和匀强磁场．α粒子以速度v 0从两板左侧正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，恰好能沿直线匀速通过．供下列各小题选择的选项有：图2A．不偏转B．向上偏转C．向下偏转D．向纸内或纸外偏转(1)若质子以速度v0从两板左侧正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，质子将________．(2)若电子以速度v0从两板左侧正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，电子将________．(3)若质子以大于v0的速度从两板左侧正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，质子将________．(4)若增大匀强磁场的磁感应强度，其他条件不变，电子以速度v0沿垂直于电场和磁场的方向，从两板左侧正中央射入时，电子将________．[[答案]](1)A(2)A(3)B(4)C[[解析]]设带电粒子的带电荷量为q，匀强电场的电场强度为E，匀强磁场的磁感应强度为B.带电粒子以速度v0从左侧垂直射入正交的匀强电场和匀强磁场中时，若粒子带正电荷，则所受电场力方向向下，大小为qE；所受磁场力方向向上，大小为Bq v0.沿直线匀速通过时，，即沿直线匀速通过时，带电粒子的速度与其带电荷量无关．如果显然有Bq v0＝qE，v0＝EB粒子带负电荷，所受电场力方向向上，磁场力方向向下，上述结论仍然成立．所以，第(1)(2)两小题应选A.若质子以大于v0的速度从左侧射向两板之间，所受磁场力将大于电场力，质子带正电荷，将向上偏转，第(3)小题应选B.磁场的磁感应强度B增大，其他条件不变，电子所受磁场力大于电场力，电子带负电荷，所受磁场力方向向下，将向下偏转，所以第(4)小题应选C.二、磁流体发电机磁流体发电机的发电原理图如图3甲所示，其平面图如图乙所示．图3设带电粒子的运动速度为v ，带电荷量为q ，磁场的磁感应强度为B ，极板间距离为d ，极板间电压为U ，根据F B ＝F E ，有q v B ＝qE ＝qU d，得U ＝Bd v . 例2 (2018·北京市朝阳区高二上期末)磁流体发电是一种新型发电方式，图4甲和乙是其工作原理示意图．图甲中的A 、B 是电阻可忽略的导体电极，两个电极间的间距为d ，这两个电极与负载电阻相连．假设等离子体(高温下电离的气体，含有大量的正负带电粒子)垂直于磁场进入两极板间的速度均为v 0.整个发电装置处于匀强磁场中，磁感应强度大小为B ，方向如图乙所示．图4(1)开关断开时，请推导该磁流体发电机的电动势E 的大小；(2)开关闭合后，①如果电阻R 的两端被短接，此时回路电流为I ，求磁流体发电机的等效内阻r ；②我们知道，电源是通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能的装置，请你分析磁流体发电机的非静电力是由哪个力充当的，其工作过程如何．[[答案]] (1)Bd v 0 (2)①Bd v 0I②洛伦兹力，使正电荷向A 板汇聚，负电荷向B 板汇聚．[[解析]] (1)等离子体射入两极板之间时，正离子受向上的洛伦兹力而偏向A 极板，同时负离子偏向B 极板，随着离子的不断积聚，在两板之间形成了从A 到B 向下的附加电场，当粒子受的电场力与洛伦兹力相等时，粒子不再偏转，此时两板间的电势差即为发电机的电动势，满足E dq ＝q v 0B ，解得E ＝Bd v 0 (2)开关闭合后，①如果电阻R 的两端被短接，此时回路电流为I ，则磁流体发电机的等效内阻：r ＝E I ＝Bd v 0I②由(1)的分析可知，洛伦兹力使正电荷向A 板汇聚，负电荷向B 板汇聚．三、电磁流量计如图5甲、乙所示是电磁流量计的示意图．图5设管的直径为D ，磁感应强度为B ，a 、b 两点间的电势差是由于导电液体中电荷受到洛伦兹力作用，在管壁的上、下两侧堆积电荷产生的．到一定程度后，a 、b 两点间的电势差达到稳定值U ，上、下两侧堆积的电荷不再增多，此时，洛伦兹力和电场力平衡，有q v B ＝qE ＝q U D，所以v ＝U DB ，又圆管的横截面积S ＝14πD 2，故流量Q ＝S v ＝πUD 4B.例3如图6所示是电磁流量计的示意图．圆管由非磁性材料制成，空间有匀强磁场．当管中的导电液体流过磁场区域时，测出管壁上MN 两点的电动势E，就可以知道管中液体的流量Q(单位时间内流过管道横截面的液体的体积)．已知管的直径为d，磁感应强度为B，则关于Q的表达式正确的是()图6A ．Q ＝πdE BB ．Q ＝πdE 4BC ．Q ＝πdE 2BD ．Q ＝2πdE B [[答案]] B[[解析]] M 、N 两点间的电势差是由于带电粒子受到洛伦兹力在管壁的上下两侧堆积电荷产生的．到一定程度后，上下两侧堆积的电荷不再增多，M 、N 两点间的电势差达到稳定值E ，此时，洛伦兹力和电场力平衡：q v B ＝qE场强，E 场强＝E d ，v ＝E dB ，圆管的横截面积S ＝14πd 2故流量Q ＝S v ＝πEd 4B，故B 正确． 四、霍尔效应置于匀强磁场中的载流体，如果电流方向与磁场方向垂直，则垂直于电流和磁场的方向会产生一个附加的横向电场，这个现象是美国物理学家霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应． 霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用而引起的偏转，所以可以用高中物理中的电磁学、力学、运动学等有关知识来进行解释．例4如图7所示，厚度为h、宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A′之间会产生电势差U，这种现象称为霍尔效应．图7霍尔效应可解释如下：外部磁场对运动电子的洛伦兹力使电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成电场．电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力．当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上下两侧面之间就会形成稳定的电势差．电流I 是自由电子的定向移动形成的，电子的平均定向移动速率为v ，电荷量为e .回答下列问题：(1)达到稳定状态时，导体板上侧面A 的电势________(选填“高于”“低于”或“等于”)下侧面A ′的电势．(2)电子所受洛伦兹力的大小为________．(3)当导体板上、下两侧面之间的电势差为U H 时，电子所受静电力的大小为________．(4)上、下两侧面产生的稳定的电势差U ＝________.[[答案]] (1)低于 (2)e v B (3)e U H h(4)Bh v [[解析]] (1)电子向左做定向移动，由左手定则知电子受洛伦兹力的方向向上，故上侧面A 聚集电子，下侧面A ′聚集正电荷，上侧面的电势低于下侧面的电势．(2)F 洛＝e v B .(3)F 电＝Ee ＝U H he . (4)当A 、A ′间电势差稳定时，e v B ＝e U h，故U ＝Bh v .分析两侧面产生电势高低时应特别注意霍尔元件的材料，若霍尔元件是金属导体，则参与定向移动形成电流的是电子，偏转的也是电子；若霍尔材料是半导体，参与定向移动形成电流的可能是正“载流子”，此时偏转的是正电荷.[学科素养]以上四个例题异曲同工，在稳定状态下，都是F洛＝F电，即q v B＝qE场强，通过归纳总结，提炼升华，提高了学生的综合分析能力，这是对基于经验事实构建的理想模型的应用过程，体现了“科学思维”的学科素养.1.(速度选择器)(多选)(2018·菏泽市高二上期末)如图8所示，在两平行金属板间有正交的匀强电场和匀强磁场，匀强磁场的方向垂直纸面向里，匀强电场的方向竖直向下，有一正离子恰能以速率v沿直线从左向右水平飞越此区域，则()图8A．若电子以速率v从右向左飞入，电子也沿直线运动B．若电子以速率v从右向左飞入，电子将向上偏转C．若电子以速率v从右向左飞入，电子将向下偏转D．若电子以速率v从左向右飞入，电子也沿直线运动[[答案]]BD[[解析]]正离子从左边进入叠加场，在叠加场中受到向下的电场力和向上的洛伦兹力作用，因恰能沿直线从右边水平飞出，可知电场力和洛伦兹力平衡，有qE＝q v B，得v＝EB.若粒子带负电，也从左边以速率v射入，电场力和洛伦兹力的方向仍相反，还是有v＝E，所以带电B粒子只要以速率v从左边水平进入叠加场，粒子就会沿水平方向射出，与电性和电荷量无关，选项D正确．电子从右侧进入叠加场，受到的电场力方向向上，由左手定则可知，洛伦兹力方向也向上，所以电子将向上偏转，选项A、C错误，B正确．2．(磁流体发电机)(多选)磁流体发电是一项新兴技术．如图9所示，平行金属板之间有一个很强的磁场，将一束含有大量正、负带电粒子的等离子体，沿图中所示方向喷入磁场，图中虚线框部分相当于发电机，把两个极板与用电器相连，则()图9A．用电器中的电流方向为从A到BB．用电器中的电流方向为从B到AC．若只增强磁场，发电机的电动势增大D．若只增大喷入粒子的速度，发电机的电动势增大[[答案]]ACD[[解析]]首先对等离子体进行动态分析：开始时由左手定则判断正离子所受洛伦兹力方向向上(负离子所受洛伦兹力方向向下)，则正离子向上极板聚集，负离子则向下极板聚集，两极板间产生了电势差，即金属板变为一电源，且上极板为正极，下极板为负极，所以通过用电器的电流方向为从A到B，故A正确，B错误；此后的正离子除受到向上的洛伦兹力F洛外还受到向下的电场力F电，最终两力达到平衡，即最终等离子体将匀速通过磁场区域，因F洛＝q v B，F电＝q Ed，则q v B＝q Ed，解得E＝Bd v，所以电动势E与速度v及磁场B成正比，所以C、D正确．3．(电磁流量计)(多选)为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图10所示的流量计．该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口．在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极，污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U.若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是()图10A ．前表面比后表面电势高B ．前表面比后表面电势低C ．污水中离子浓度越高电压表的示数将越大D ．污水流量Q 与U 成正比，与a 、b 无关[[答案]] BD[[解析]] 正负电荷从左向右移动，根据左手定则，正电荷所受的洛伦兹力指向后表面，负电荷所受的洛伦兹力指向前表面，所以后表面电极的电势比前表面电极的电势高，故A 错误，B 正确．最终稳定时，电荷所受洛伦兹力和电场力平衡，有q v B ＝q U b，U ＝Bb v ，电压表的示数U 与v 成正比，与浓度无关，故C 错误．污水的流量Q ＝v S ＝v bc ＝Uc B，与电压表的示数U 成正比，与a 、b 无关，故D 正确．4．(霍尔效应)一种半导体材料称为“霍尔材料”，用它制成的元件称为“霍尔元件”．这种材料中有可定向移动的电荷，称为“载流子”，每个载流子的电荷量大小为1个元电荷，即q ＝1.6×10－19C ，霍尔元件在自动检测、控制领域得到广泛应用，如录像机中用来测量录像磁鼓的转速、电梯中用来检测电梯门是否关闭以控制升降电动机的电源通断等．在一次实验中，一块霍尔材料制成的薄片宽ab ＝1.0×10－2m 、长bc ＝4.0×10－2m 、厚h ＝1.0×10－3m ，水平放置在竖直向上的磁感应强度B ＝1.5T 的匀强磁场中，bc 方向通有I ＝3.0A 的电流，如图11所示，沿宽度产生1.0×10－5V 的横向电压．图11(1)假定载流子是电子，________端电势较高．(选填“ad”或“bc”)(2)薄板中载流子定向移动的速率v＝________m/s.[[答案]](1)ad(2)6.7×10－4。
