磁场对运动电荷的作用教案

第三章 磁场 第5节 磁场对运动电荷的作用教案 第 页 1 第三章 磁场

3．5磁场对运动电荷的作用力教学方案

教学目标：

（一）、知识与技能：

1．知道什么是洛伦兹力，知道电荷运动方向与磁感应强度的方向平行时，电荷受到的洛伦兹力最小；电流方向与磁感应强度方向垂直时，电荷受到的洛伦兹力最大，大小等于qvB.

2． 会用公式F=qvB解答有关问题。

3．会用左手定则解答有关带电粒子在磁场中受力方向的问题。

（二）、过程与方法：

1、通过对洛伦兹力大小和方向的推导和判断过程，培养学生一种：推理--假设--实验验证，的重要物理思维方法。

2、通过应用洛伦兹力分析和解决问题培养学生综合分析能力。

（三）、情感与价值观：提高学生热爱科学，严谨的科学态度。

教学重点：

1、理解安培力实际就是洛伦兹力在宏观上的表现。

2、洛伦兹力的方向判断，以及公式F=qvB的相关应用。

教学难点：

1、洛伦兹力公式F=qvB的推导及适用条件。

2、洛伦兹力在力学上综合应用。

教学用具：

电子射线管 电子感应圈 蹄形磁铁 多媒体设备

教学方法

分析推理、思考讨论、归纳总结相结合

教学过程

一、课题导入（5分钟左右）

展示“极光”的图片，提出问题：极光为什么只在地球的南北两极出现，而不会在赤道上空出现？

复习回顾：1、安培力的大小和方向，2、电流的形成原因。启示（导课）：磁场对电流具有磁场力的作用（安培力），电流是由于电荷定向运动形成的，由此可猜想：磁场对电流的作用是磁场对运动电荷作用的体现。

演示实验、验证猜想：①介绍（简介）阴极射线管及工作原理。

②观察阴极射线（电子束）在磁场中发生明显的偏转现象。

让学生观察时思考：

1、在没有磁场时，接通电源可观察到什么？

2、光束实质上是什么？

3、若在电子束的路径上加磁场，可以观察到什么现象？

4、改变磁场的方向，通过观查从而判断运动的电子在各个方向磁场中的受力方向

师生总结：阴极射线（电子束）在磁场中偏转，说明电子束在磁场中确实受到某种力的作用，这个力就是今天我们要学习的洛仑兹力。

二、新课教学（30分钟左右）

㈠：洛伦兹力

物理学中把磁场对运动电荷的作用力称为洛伦兹力（物理学家洛伦兹最先提出这一观点）。介绍物理学家——洛伦兹：洛伦兹是荷兰物理学家、数学家，1853年7月18日生于阿纳姆。洛伦兹创立了经典电子论，提出了洛伦兹变换公式，1902年与其学生塞曼共同获得诺贝尔物理学奖。为纪念洛伦兹的卓著功勋，荷兰政府决定从1945年起，把他的生日定为“洛伦兹节”。

1、洛仑兹力的大小 第三章 磁场 第5节 磁场对运动电荷的作用教案 第 页 2 教师提出问题，学生分析讨论：如何定量描述洛仑兹力的大小？

建立物理模型，引导学生思考，师生共同推导：设设有一段长为L，横截面积为S的直导线，单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，自由电荷定向移动的速率为v。这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中，求

（1）电流强度I。（I=nqvS）。

（2）通电导线所受的安培力（F安=BIL）。

（3）这段导线内的自由电荷数。（N=nLS）

（4）每个电荷所受的洛伦兹力。f=F安/N=qvB

2、洛仑兹力的方向

⑴、磁场对电流的作用力实质是磁场对运动电荷的作用力,由安培力的方向导出洛仑兹力方向的特点

①洛仑兹力的方向跟磁场方向垂直；

②洛仑兹力的方向跟电荷运动方向垂直。

⑵、用左手定则确定洛仑兹力的方向（便于记忆）。启发学生思考，师生共同按如下思路分析：①正、负电荷定向运动形成电流方向如何？受到的安培力的方向如何？（由于正电荷与形成的电流的方向相同，而负电荷与形成的电流方向相反，为此，对于正负电荷的情况分开判断）：（教师示范）

①正电荷的运动：伸开左手，使大拇指跟其于四个手指垂直，且处于同一水平面内，将左手放入磁场中，让磁感线从手心穿进，四指指向正电荷的运动方向，那么大拇指所指的方向就是正电荷受洛仑兹力的方向（出示意图）。

②负电荷的运动：若四指指向负电荷运动的反方向，那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向

以阴极射线束在磁场中的偏转加以验证，并做下面的练习使学生体会这一方法的应用。

引导学生分析f=qvB的适用条件

教师提问：①运动电荷在磁场中一定受洛仑兹力的作用吗？为什么？

②f=qvB的适用条件如何？

师生共同总结：①当电荷运动方向与磁场方向平行时，运动电荷虽然在磁场中，但不受洛仑兹力作用

②当电荷运动方向与磁场方向垂直时，运动电荷受洛仑兹力最大fmax=qvB。

㈡：思考与讨论：

1、洛伦兹力的方向与带电粒子的运动方向有什么关系？

2、洛伦兹力对带电粒子运动的速度有什么影响？

3、洛伦兹力对带电粒子做的功是多少？

结论：1.洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面,洛伦兹力永远与速度方向垂直。

2、洛伦兹力对电荷不做功

3.洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小。

总结：洛伦兹力对电荷只起向心力的作用，故只在洛伦兹力的作用下，电荷将匀速圆周运动

㈢洛伦兹力和安培力的关系:

1、安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力微观表现。

2、F安与F洛本质都是磁场对运动电荷的作用力

洛伦兹力和电场力的区别：

1．电荷在电场中一定受到电场力的作用；而电荷在磁场中不一定受到磁场力作用，只有相对于磁场运动且运动方向与磁场方向不平行的电荷才受磁场力作用。 第三章 磁场 第5节 磁场对运动电荷的作用教案 第 页 3 2．电荷所受电场力方向总是平行于电场线的切线方向；而电荷所受磁场力的方向总是既垂直于磁场方向，又垂直于运动方向。

3．电场力要对运动电荷做功（等势面上运动除外）；而电荷在磁场中运动时，磁场力一定不会对电荷做功。

㈣：地磁场对宇宙射线的“屏蔽”作用，及极光成因

从太阳或其他星体上，时刻都有大量的高能粒子流放出，称为宇宙射线。这些高能粒子流，如果都到达地球，将对地球上的生物带来危害。庆幸的是，地球周围存在地磁场，改变了宇宙射线中带电粒子的运动方向，对宇宙射线起了一定的阻挡作用。（解释极光成因）

三、本课时小结（2∽3分钟）

1、对学生强调洛仑兹力方向的特点：①洛仑兹力方向跟磁场方向垂直；②洛仑兹力方向跟电荷运动方向垂直。

2、应用左手定则时，对正电荷与负电荷的不同点（四指指向不同）和相同点（四指指向电流的方向）。

3、洛仑兹力大小的描述。

四、课堂例题：

例题1、当一带正电q的粒子以速度v沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则 [ ]

A．带电粒子速度大小改变；

B．带电粒子速度方向改变；

C．带电粒子速度大小不变；

D．带电粒子速度方向不变。

例题2：质量m=0.1×10-3kg的小物块，带有电量为 q=5×10-4C的正电荷，放在斜面上，斜面的倾角α=37°，物块与斜面间的动摩擦因数μ=0.4。设整个斜面放在匀强磁场中，B=0.1T，方向如图，若斜面足够长，问：

（1）物块下滑时，能达到的最大速率为多少？

（2）如果将磁场反向，其他条件不变，物块下滑时将发生什么情况？

六、作业布置《作业纸》

板书设计

磁场对运动电荷的作用

（一）洛仑兹力

磁场对运动电荷的作用力叫洛仑兹力。

（二）洛仑兹力的大小

F安=BIL······①

I=nqvＳ······②

LSnf=F安·····③

f=qvB

（三）洛仑兹力的方向

方向特点：①与磁场方向垂直；②与电荷运动方向正交。

左手定则：

[教学后记]

1、根据通电导线在磁场中受安培力作用，推测安培力可能是由于磁场对运动电荷的作用，再由演示实验加以验证，学生容易接受，且对实验现象表现出浓厚的兴趣。由此可见，演示实验在教学中的作用不可低估。

2、 负电荷所受洛仑兹力方向的判定，学生不易记住，在今后的教学中还应强化。