磁场对电荷的作用

9.2 磁场对运动电荷的作用

概念梳理：

一、洛伦兹力

1．洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力．

2．洛伦兹力的方向

(1)判定方法

左手定则：掌心——磁感线穿过掌心；

四指——指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向；

拇指——指向洛伦兹力的方向．

(2)方向特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v决定的平面(注意：洛伦兹力不做功)．

3．洛伦兹力的大小

(1)v∥B时，洛伦兹力F＝0.(θ＝0°或180°)

(2)v⊥B时，洛伦兹力F＝qvB.(θ＝90°)

(3)v＝0时，洛伦兹力F＝0.

二、带电粒子在匀强磁场中的运动

1．若v∥B，带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中做匀速直线运动．

2．若v⊥B，带电粒子仅受洛伦兹力作用，在垂直于磁感线的平面内以入射速度v做匀速圆周运动．

(1)向心力由洛伦兹力提供：qvB＝Rvm2＝2mR；

(2)轨道半径公式：R＝mvqB；

(3)周期：T＝2πRv＝2πmqB；(周期T与速度v、轨道半径R无关)

(4)角速度：ω＝2πT＝mqB.

考点精析：

考点一 带电粒子在匀强磁场中的运动

一、带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的四个特点

研究带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的关键是圆心、半径、运动时间的确定．在洛伦兹力作用下，做匀速圆周运动的带电粒子，不论沿顺时针方向还是沿逆时针方向，均具有四个重要特点．

1．圆心的确定

(1)已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心，如图1所示，P为入射点，M为出射点，O为轨道圆心． 图1 图2 (2)已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心．如图2所示，P为入射点，M为出射点，O为轨道圆心．

《磁场对运动电荷的作用》评课

今天上午听了老师的课，《磁场对运动电荷的作用》，启发很多。

本节课以实验引入，磁体靠近阴极射线管，阴极射线轨迹发生变化，引入磁场对运动电荷的作用力，让学生讨论确定本节课研究的主题，研究力的大小和方向问题。思路非常清晰，学生的问题和任务也很明确。

任务一：确定洛伦兹力的方向

（1）规划实验。

确定影响洛伦兹力方向的因素，确定研究方法是控制变量法。

演示实验：通过演示观察完成表格里磁场方向、洛伦兹力方向的确定，让学生讨论总结洛伦兹力方向的规律。

提出疑问：如果磁场歪一点呢？

演示实验：歪一点仍然往上或者往下偏转，但当歪到磁场与运动平行时，轨迹不偏转。

总结规律：再一次总结规律，引导学生洛伦兹力与安培力的关系，判断方向和计算大小都可以从这个角度入手。

（2）提出疑问：轨迹往上偏转怎么能确定力的方向就一定向上？如何用实验证明洛伦兹力一定与运动方向垂直？

学生讨论确定方案，或者在确定方案的过程中遇到的困难。（这样的问题引导更符合学生的实际情况，验证的方案学生大多数都无法确定，但是讨论的过程发现的问题反映了他们的思维过程以及解决问题中存在的技术困难）

老师提出问题：

1、电子的轨迹如何看到？用大自然的极光现象解释。（疑问：最开始的阴极射线中电子的轨迹也是间接看到的，为什么不在做开始的时候解释这个问题，而在这里解释）

2、刚才的演示实验中用到的是非匀强磁场，这里要建立匀强磁场，介绍仪器，确定磁场方向。（速度比较快，学生的基础较好）

3、用爱因斯坦广义相对论提出没人相信，用这个理论预测某些现象，比如引力波的发现。对于难证明的现象，我们可以理论分析预测现象，再用现象证明理论的正确性。（对学生科学思维的引导作用非常好）

想证明洛伦兹力与运动方向垂直，先根据这个理论预测如果垂直成立，它会做什么运动？

预测匀速圆周运动。

演示实验：垂直、平行、既不垂直也不平行的现象。（现象与预测一致，学生记忆点很深刻）

第四节 磁场对运动电荷的作用

授课时间：2008/12/11 第二节 教者：漆存良

教学目标

知识目标：

1. 知道什么是洛仑兹力，知道电荷运动方向与磁场方向平行时，电荷受到的洛仑兹力等于零；电荷运动方向与磁场方向垂直时，电荷受到的洛仑兹力最大qvBF

2．会用公式qvBF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

能力目标：

1. 通过演示实验，培养学生的观察能力

2. 由电流所受安培力推导出带电粒子受的洛仑兹力的过程，培养学生的迁移能力、分析推理能力

情感目标：

培养学生科学研究的方法论思想：“推理—假设—实验验证”

教学重点

1．洛伦兹力方向的判断——左手定则

2．洛伦兹力计算公式的推导和应用

教学难点 洛伦兹力计算公式的推导

教学方法 实验法、讨论法、练习法、多媒体辅助

教学用具 电子感应圈、电子射线管、蹄形磁铁、多媒体

教学过程

一. 导入新课

引言：磁场对电流有力的作用，而电流是由电荷的定向移动形成的，由此我们想到：磁场对电流的安培力可能是作用在运动电荷上的，那么磁场对运动电荷是否有力的作用呢？

播放视频：极光的形成

探究性演示实验：演示电子束在磁场中的偏转

播放视频，激发兴趣

介绍电子射线管原理

学生观察实验现象，得出结论 结 论：磁场对运动电荷确实有力的作用。

物理上把磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力。

二. 讲授新课

过渡：洛伦兹力是个矢量，即有大小，又有方向。

（一）洛伦兹力的大小

推导：设有一段长度为L的通电导线，横截面积为s，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q，定向移动的平均速率为v。

思考：

1.通过这段导体的电流强度为多少？

I=Q/t＝nvtsq/t=nqsv

2.将这段导体垂直放入磁感应强度为B的匀强磁场中，导体所受的安培力为多少？

F安=BIL=BnqsvL

1 《磁场对运动电荷的作用》

一、说学生

本届高三年级的学生，已在新课程理念的教育环境下，完成了两年多的高中学习。特别是经过了前面物理必修Ⅰ必修Ⅱ及选修3-1的3-2的学习，他们已具备了一定的探究能力、逻辑思维能力及推算能力。他们性格活泼、思维活跃，喜欢直观感性的东西，能在老师指导下通过观察、思考，发现一些问题和解决问题。在知识储备方面，已完成了电流及安培力的学习。

但是由于日常生活中我们无法用肉眼观察到运动电荷，学生对电荷在磁场中的运动缺乏感性认知 。而我们的学生习惯于形象思维，对微观的物理知识意识较薄弱，知识的系统性不足，学习的热情与自主性更是有待提高。而在一轮复习中我们更应狠抓基础。

二、说教材

（1）教材的地位和特点

这节课是高中物理选修3-1第六章第二节的内容，是安培力的延续，又是后面学习带电体在磁场中运动的基础，是与力学进行综合的完美切入点 。

我们使用的是人教版的教材，编者通过实验探究和理论推导两种途径让学生去学习、理解洛伦兹力，进一步让学生体验深层次的的科学探究的方法，而新课程的理念注重让学生领略科学思想方法，提升全体学生的科学素养。因此学习好本节具有重要的现实意义。当然，这需要我们教师在教科书的基础上进一步创造，把新课程的理念要求

2 体现到每一个教学环节中去。

根据课标要求及本节课的特点和学生的具体情况，制定教学目标如下：

（2）教学目标

1．知识与技能

a、知道什么是洛伦兹力。

b、会计算洛伦兹力的大小，会用左手定则判断洛伦兹力的方向。

2．过程与方法

a、通过理论探究，从安培力推导出洛伦兹力的大小及方向。了解宏观和微观之间联系。

b、通过实验探究，验证理论推导。

c、通过多种研究途径来研究洛伦兹力，让学生体会科学探究的方法和途径，提高学生的科学素养。

3．情感态度与价值观

从生活到物理，从物理回到社会。通过对洛伦兹力与自然、社会的联系让学生感受到物理的自然美，人们形成物理知识的思维美。激起学习的热情和愿望。