高中物理 第三章 磁场 3.5 运动电荷在磁场中受到的力学案(无答案)新人教版选修3-1(2021

1 问题引领，自主导学

——《磁场对运动电荷的作用力》教学设计

摘要：近年来，为了提高课堂效率，培养学生提出问题、解决问题、自主学习、合作学习能力，以问题为引领的自主导学模式悄然兴起。教师通过课堂问题引领学生积极思考，让学生在自主学习、合作交流中加深对知识的理解、应用，并主动建构。

关键词：问题引领、自主导学、合作交流

一、教学设计思路

教材分析：本节课是人教版选修3-1第三章第5节《磁场对运动电荷的作用》的内容。涉及到的知识点有“洛伦兹力的方向和大小”、“电视显像管的工作原理”。在前一节学生学习了磁场对通电导线的作用——安培力，会用左手定则判断安培力的方向并计算大小，这为本节课进一步研究磁现象的电本质——洛伦兹力打下了基础。对洛伦兹力的方向和大小的探究过程能很好的培养学生的合作交流能力，让学生体验科学探究的一般过程，是本节课的重点。另一方面，由于时代在进步，电视机向薄发展，所以电视机显像管原理可以简单带过或用其他实例替代。

教学思路：为激发学生学习兴趣，本节课以自然现象（极光）为切入口引入新课，结合实验探究，采用问题引领，启发学生对洛伦兹力的方向和大小进行探究。让学生在科学探究体验过程中，合作学习、深入讨论、总结提升。

二、教学目标

1．知识与技能

（1）知道磁场对电流作用（安培力）实质是磁场对运动电荷作用（洛仑兹力）的宏观表现。

（2）知道洛仑兹力的方向由左手定则判定，并会熟练地应用。

（3）能根据安培力的表达式F=BIL推导洛仑兹力表达式f=qvB，并能够进行简单计算。

2．过程与方法

（1）通过实验探究让学生总结洛伦兹力的方向的判断方法；

（2）通过理论探究让学生总结洛伦兹力的大小的计算方法。

3．情感、态度与价值观

（1）提高学生透过现象认清本质的认知能力；

（2）培养学生主动探索、善于分析的科学态度。

三、教学重难点

1．利用左手定则会判断洛伦兹力的方向；

2．掌握垂直进入磁场方向的带电粒子受到洛伦兹力大小的计算。

1 重庆市万州区分水中学高中物理 第三章 第6讲 运动电荷在磁场中受到的力教学案 新人教版选修3-1

[目标定位] 1.知道什么是洛伦兹力，会用左手定则判断洛伦兹力的方向.2.掌握洛伦兹力公式的推导过程，会计算洛伦兹力的大小.3.知道电视显像管的基本构造及工作的基本原理．

一、洛伦兹力的方向和大小

1．洛伦兹力

(1)定义：运动电荷在磁场中所受的力．

(2)与安培力的关系：通电导线在磁场中所受的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．

2．洛伦兹力的方向

(1)左手定则：

伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内．让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向．负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反．

(2)特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v决定的平面．

3．洛伦兹力的大小

(1)当v⊥B时：F＝qvB.

(2)当v∥B时：F＝0.

(3)当v与B成θ角时：F＝qvBsin θ

想一想 当入射粒子为负电荷时，如何使用左手定则判断洛伦兹力方向？

答案 当入射粒子为负电荷时，我们使四指指向负电荷运动的反方向，此时拇指的指向就是负电荷所受洛伦兹力的方向．

二、电视显像管的工作原理

图361

1．构造：如图361所示，电视显像管由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成．

2．原理：电视显像管应用了电子束磁偏转的原理． 2

图362

3．扫描：在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化，因此电子束打在荧光屏上的光点如图362所示不断移动，这在电视技术中叫做扫描．

想一想 显像管工作时，电子束是依次扫描荧光屏上各点，但是我们为什么觉察不到荧光屏的闪烁？

答案 电视机中的电子束每秒要进行50次扫描，由于视觉暂留的效果，所以我们感觉到整个荧光屏都在发光而不是闪烁.

一、洛伦兹力的方向

1．判断方法：左手定则

第三章《磁场》测试题

一、单选题（每小题只有一个正确答案）

1．电场强度是表征电场的力的性质的物理量，在磁场中也存在类似的物理量，它是（ ）

A．磁通量 B．磁感应强度 C．洛仑兹力 D．磁通量变化率

2．下列用来定量描述磁场强弱和方向的是（ ）

A．磁感应强度 B．磁通量 C．安培力 D．磁感线

3．如图所示，一个可以自由运动的通电线圈套在一条形磁铁正中并与其同轴放置，则线圈将（ ）．

A．不动，扩张趋势 B．向左移动，扩张趋势

C．向右移动，收缩趋势 D．不动，收缩趋势

4．如图，在天花板下用细线悬挂一半径为R的金属圆环，圆环处于静止状态，圆环一部分处在垂直于环面的磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中，环与磁场边界交点A、B与圆心O连线的夹角为120，此时悬线的张力为F．若圆环通电，使悬线的张力刚好为零，则环中电流大小和方向是（ ）

A．电流大小为33FBR，电流方向沿顺时针方向

B．电流大小为33FBR，电流方向沿逆时针方向

C．电流大小为3FBR，电流方向沿顺时针方向

D．电流大小为3FBR，电流方向沿逆时针方向

5．为了降低潜艇噪音，可用电磁推进器替代螺旋桨。如图为直线通道推进器示意图，推进器内部充满海水，前后表面导电，上下表面绝缘，规格为：a×b×c=0.5m×0.4m×0.3m。空间内存在由超导线圈产生的匀强磁场，其磁感应强度B=10.0T，方向竖直向下。若在推进器前后方向通以电流I=1.0×103A，方向如图。则下列判断正确的是（ ）

A．推进器对潜艇提供向左的驱动力，大小为5.0×103N

B．推进器对潜艇规供向右的驱动为，大小为5.0×103N

C．推进器对潜艇提供向左的驱动力，大小为4.0×103N

D．推进器对潜艇提供向右的驱动力，大小为4.0×103N

6．下列有关磁感线的说法中，正确的是（ ）

A．在磁场中存在着一条一条的磁感线

B．磁感线是起于N极，止于S极

1 考点30 磁流体发电机

磁流体发电机(选修3-1第三章：磁场的第五节运动电荷在磁场中受到的力)

★★★

○○○

1、磁流体发电机：能够把高温气体中大量的正、负带电粒子通过磁场后分开，从而形成一个直流电源的装置。

2、构造：如图所示，左右是磁极，上下是两个电极板，形成的直流电对外输出。

3、原理：当高温等离子体进入磁场，由于等离子体是由大量的正、负带电粒子组成的，所以这些粒子会在磁场中会受到洛伦兹力，由左手定则可以判断出，带正电的粒子受到的洛伦兹力向下，带负电的粒子受到的洛伦兹力向上，故B极板就是电源的正极，A极板就是电源的负极，从而可以对外供电。

当电源BA两极板对外供电稳定后，设两极板间的电压为U，极板间距为d，磁场的磁感应强度为B，则带电粒子再进入磁场后就不再发生偏转，而直接匀速直线运动射出，此进离子受平衡力的作用，即粒子受到电场力等于洛伦兹力；故Eq=Bqv，也就是Udq=Bqv，则磁流体发电机的电动势为U=Bvd。

1、电磁流量计：测量管道中液体流量的装置。

（1）结构：如图所示是电磁流量计的示意图，在非磁性材料做成的圆管道外加一匀强磁场区域，当管中的导电液体流过此磁场区域时，测出管壁上的ab两点间的电动势，就可以知道管中液体的流量Q——单位时间内流过液体的体积（sm/3）。已知管的直径为D，磁感应强度为B。 2

（2）原理：a，b两点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，a，b两点的电势差达到稳定值，此时，洛伦兹力和电场力平衡：qEqvB，DE，DBv，圆管的横截面积241DS故流量BDSvQ4。

（3）注意的问题：

①流量计是带电粒子在复合场中的运动，但原先只有磁场，电场是自行形成的，在分析其他问题时，要注意这类情况的出现。

②联系宏观量I和微观量的电流表达式nevSI是一个很有用的公式。