高中物理选修3-1第三章第五节 磁场对运动电荷的作用力

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。

六、板书设计3.5磁场对运动电荷的作用微观宏观七、课后作业1．上网查阅资料：极光的形成2．课第2、3、4题教学反思有幸上了一节《磁场对运动电荷的作用》，在设计教学流程、改进实验装置、思考问题导学的学案、课堂教学、课后观摩及专家点评过程中学习到不少新的理念、新的知识。

高中物理选修3-1运动电荷在磁场中受到的力知识点一、磁场对运动电荷有力的作用——这个力叫洛仑兹力。

二、磁场对电流有安培力的作用，而电流是由电荷定向运动形成的。

所以磁场对电流的安培力可能是磁场对运动电荷的作用力的宏观表现。

即：(一)安培力是洛伦兹力的宏观表现。

(二)洛伦兹力是安培力的微观本质。

三、洛伦兹力的方向(一)洛伦兹力的方向符合左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四指垂直，且处于同一平面内，把手放入磁场中，磁感线垂直穿过手心，四指指向正电荷运动的方向，那么，拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向;若是负电荷运动的方向，那么四指应指向其反方向。

(二)关于洛仑兹力的说明：1、洛仑兹力的方向垂直于v和B组成的平面。

2、洛仑兹力永远与速度方向垂直。

3、洛仑兹力对电荷不做功。

4、洛仑兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小。

5、洛仑兹力对电荷只起向心力的作用，故只在洛仑兹力的作用下，电荷将作匀速圆周运动。

四、洛伦兹力的大小(一)安培力是洛伦兹力的宏观表现。

(二)洛伦兹力是安培力的微观本质。

高中物理选修3-1知识点一、电势差：电势差等于电场中两点电势的差值。

电场中某点的电势，就是该点相对于零势点的电势差。

(1)计算式(2)单位：伏特(V)(3)电势差是标量。

其正负表示大小。

二、电场力的功电场力做功的特点：电场力做功与重力做功一样，只与始末位置有关，与路径无关。

1. 电势能：电荷处于电场中时所具有的,由其在电场中的位置决定的能量称为电势能.注意：系统性、相对性2. 电势能的变化与电场力做功的关系(1)电荷在电场中具有电势能。

(2)电场力对电荷做正功，电荷的电势能减小。

(3)电场力对电荷做负功，电荷的电势能增大。

(4)电场力做多少功，电荷电势能就变化多少。

(5)电势能是相对的，与零电势能面有关(通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零，或把电荷在大地表面上电势能规定为零。

)(6)电势能是电荷和电场所共有的，具有系统性。

磁场对运动电荷的作用力知识元洛伦兹力知识讲解洛伦兹力1．内容：运动电荷在磁场中受到的力．2．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．负电荷受力方向与正电荷的受力方向相反.3．洛伦兹力方向的特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于B与v所决定的平面，故洛伦兹力不做功.4．洛伦兹力推导：如图所示，直导线长为L，电流为I，导线中运动电荷数为n，横截面积为S，单个电荷的电量为q，定向运动速度为v，则，安培力F=ILB=nF洛所以洛伦兹力因为I=NqSv(N为单位体积的电荷数)所以，式中n=NSL，故F洛=qvB.上式为电荷垂直磁场方向运动时，电荷受到的洛伦兹力，若电荷运动方向与磁场方向夹角为θ，则洛伦兹力为F=qvB sinθ.5．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．例题精讲洛伦兹力例1.如图甲所示，将一带正电的物块无初速地放在倾斜传送带底端，皮带轮以恒定的速率沿顺时针转动，该装置处于垂直纸面的匀强磁场中，物块由传送带底端运动至顶端的过程中，其v-t图象如图乙所示，物块全程运动的时间为t2，以下说法正确的是（图乙中t1、t2、v m均为已知量）（）A．匀强磁场垂直纸面向里B．由图可知皮带轮的传动速度可能小于v mC．由图可以求出物块运动的总位移xD．在t1-t2时间内，物块仍可能相对皮带向下滑动例2.如图所示，一个带正电的小球沿光滑的水平绝缘桌面向右运动，速度的方向垂直于一个水平方向的匀强磁场，小球飞离桌子边缘落到地板上．设其飞行时间为t1，水平射程为s1，落地速率为v1．撤去磁场，其余条件不变时，小球飞行时间为t2，水平射程为s2，落地速率为v2，则（）A．t12B．s1>s2C．s12D．v1=v2如图所示，在x轴上方存在磁感应强度为B的垂直于纸面向里的匀强磁场，一个电子（电荷量为q）从x轴上的O点以速度v斜向上射入磁场中，速度方向与x轴的夹角为45°．电子进入磁场瞬间受到______（填“洛伦兹力”或“安培力”），其大小为_____。

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E q=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）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ε，此时，洛伦兹力和电场力平衡：qE qvB =，D E ε=，DB v ε=，圆管的横截面积241D S π=故流量BD Sv Q 4πε==。

（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nevS I =是一个很有用的公式。

《磁场对运动电荷的作用力》教案、教学设计人教版选修3一、教学目标【知识与技能】1.知道什么是洛伦兹力，会判断方向；2.明白安培力到洛伦兹力大小的推理过程；3.能够简单解释极光与电视显像。

【过程与方法】1.通过对安培力微观本质的猜测，培养联想和猜测能力；2.通过公式推导，培养逻辑推理能力。

【情感态度与价值观】通过激发好奇心和求知欲，学会科学的思维方式，体会到物理知识在实际中的应用，激发追求科学的热情。

二、教学重难点【重点】洛伦兹力方向的判断和大小计算【难点】洛伦兹力计算公式的推导过程三、教学方法探究法、讲授法、讨论法四、教学过程环节一：导入新课观看极光视频，思考极光原理，从而引出新课。

环节二：新课讲授我们猜想：磁场对通电导线的安培力可能是作用在大量运动电荷上的力的宏观表现，用阴极管射线实验验证。

1. 磁场对运动电荷存在作用力简单进行实验介绍，之后演示①在没有外磁场时，电子束沿直线运动，说明电子不受力的作用。

②将磁铁靠近电子射线管，发现电子束发生了偏转。

说明电子受到力的作用。

结论：磁场对运动电荷有力的作用，猜想成立。

磁场对运动电荷有力的作用叫洛伦兹力。

通电导线在磁场中所受的安培力是洛伦兹力的宏观表现。

2.洛伦兹力方向与大小由安培力猜想洛伦兹力的方向可以用左手定则判定。

（强调：四指指向是负电荷运动的反方向）实验验证：进一步观察电子束垂直进入磁场时的偏转，并改变磁场方向。

验证洛伦兹力的方向可以用左手定则判定。

接下来建立如教材图3.5—3的物理模型，通过一系列公式推导伦兹力的大小。

①时间t内的通过截面的粒子数②q与电流I的关系③匀强磁场中垂直导线受到的安培力④每个电荷所受的洛伦兹力公式F洛=qvB的适用条件（V⊥B），当v∥B时，F洛=0；v与B既不垂直，又不平行时，洛伦兹力的大小？（类比安培力得出F洛=qvBsinθ）特点：只改变力的方向，不改变大小，对运动电荷不做功。

3.应用极光:来自外太空的带电粒子在射向地球时，受到地磁场对它的作用，使这些带点粒子螺旋状地运动到了两极，与两极的高层大气发生作用，产生各种各样的光线。

考点29 速度选择器速度选择器（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、速度选择器：能把具有特定速度的粒子选择出来的装置叫做速度选择器。

2、构造：如图所示，电场强度E与磁感应强度B相互垂直.3、原理:设带电粒子的电荷量为q,则带电粒子受到的电场力F电=Eq，洛伦兹力F洛=Bqv;二力平衡，故F电=F洛，即Eq= Bqv，故带电粒子的速度为v=E/B。

1、速度选择器不受电荷正负、带电性质的影响由于带电粒子在速度选择器中是处于平衡状态的，即F电=F洛，故Eq= Bqv，所以v=E/B。

可见带电粒子电荷量的大小对速度选择器所选出的速度的大小无关，电荷的正负也对速度选择器所选择出来的粒子的速度大小无关.2、速度选择器与带电粒子进入的方向有关若正电荷从P点进入向右运动,则受向下的电场力和向上的洛伦兹力,二力可以平衡;若带电粒子从Q点进入向左运动，则受到向下的电场力和向下的洛伦兹力,此时粒子是不能够平衡的，此时粒子不能够通过速度选择器。

例：（多选)如图所示，一电荷量为q的正离子以速度v0射入离子速度选择器，恰能沿直线飞出，速度选择器中的电场强度为E,磁感应强度为B，则()A。

若改为电荷量为-q的离子，将往上偏B.若速度变为2v0,将往上偏C。

若改为带电荷量为+2q的离子，将往下偏D 。

若速度变为v 0/2，将往下偏【答案】BD【精细解读】粒子在穿过速度选择器时所受的力为：竖直向下的电场力Eq 和竖直向上的洛伦兹力qvB,且此时Eq Bqv =;改为电荷量为q -的离子，受到的电场力竖直向上，洛伦兹力方向竖直向上，仍旧满足Eq Bqv =，所以仍做直线运动，A 错误；若速度变为02v ，则2Eq Bqv <，将向上偏，B 正确；若改为带电荷量为+2q 的离子，仍满足Eq Bqv =，所以仍做直线运动,C 错误；若速度变为012v ，则12Eq Bqv >，粒子想向下偏转，D 正确。