高二物理《洛伦兹力的应用》
网络课教学设计
一、概述
本节课为2课时，90分钟。
《洛伦兹力的应用》是鲁科版新课标教材高中物理选修3-1第六章《磁场对电流和运动电荷的作用》中的第三节的内容。是学完了磁场对运动电荷的作用(洛伦兹力)之后对带电粒子在磁场中的运动分析。
本内容的重点是掌握带电粒子在匀强磁场中的做匀速圆周运动的半径和周期公式，并能用来分析有关问题；掌握速度选择器和质谱仪的工作原理和计算方法。
本内容的难点有以下三点：
(1) 粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动
(2) 综合运用力学和电磁学知识解决带电粒子在磁场中的问题。
(3) 掌握速度选择器和质谱仪的工作原理和计算方法。
二、教学目标分析
(一)知识与技能
1．理解带电粒子的初速度与磁感应强度方向平行时，粒子在匀强磁场中做匀速直线运动；理解带电粒子的初速度与磁感应强度方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。
2．会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式、周期公式，并会使用公式求解相关问题。
3．知道速度选择器的选择原理，知道质谱仪的工作原理。
4．能综合运用力学和电磁学知识解决带电粒子在磁场中的问题。
5．培养学生的自主探索能力、分析推理能力及交流协作能力．
(二)过程与方法
1.能够通过网络上的两个任务探究知道粒子在磁场中的运动状态与洛伦兹力有关；
2.能够通过网络上的提示推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式、周期公式；
3.能够知道速度选择器的选择原理，知道质谱仪的工作原理；
4.体验科学理论得出的过程与方法；
5.能综合运用力学和电磁学知识解决带电粒子在磁场中的问题；
6.在分组合作探究中能够清楚地表述自己的观点，初步具有评估和听取反馈意见的意识，有初步的信息交流协作能力；
(三)情感态度与价值观
1.让学生意识到物理规律在现实生活中的重要作用，增强对物理学习的兴趣；
2.使学生在探究合作过程中，增强探究意识与合作意识，增强与人交流的意识；
三、学习者特征分析
本节课的学习者特征分析主要是根据教师平时对学生的了解而做出的:
1.学生是福建晋江养正中学高二的学生，具有较强的探究欲望；
2. 学生有过一定的小组协作经验
3．学生已经学过洛伦兹力
4．学生有分析力与运动的关系的能力
5. 学生有一定的计算机操作能力
四、教学策略选择与设计
1．探究引导策略：探讨式学习，教师启发引导；
2．自主合作探究式学习策略：建立小组讨论、交流协作的课堂氛围；
3．情景创设策略：运用网络，设计探究任务，设计实验，激发学生的学习兴趣。
五、教学资源与工具设计
1.山东版新课标教材高中物理选修3-1
2．《洛伦兹力的应用》教学网站，论坛及网上测试系统．
3．网络教室
六、教学过程
教学流程图:
第1课时
第2课时
七、教学评价设计
高二物理《洛伦兹力的应用》 网络课教学设计 一、概述 本节课为2课时，90分钟。 《洛伦兹力的应用》是鲁科版新课标教材高中物理选修3-1第六章《磁场对电流和运动电荷的作用》中的第三节的内容。是学完了磁场对运动电荷的作用(洛伦兹力)之后对带电粒子在磁场中的运动分析。 本内容的重点是掌握带电粒子在匀强磁场中的做匀速圆周运动的半径和周期公式，并能用来分析有关问题；掌握速度选择器和质谱仪的工作原理和计算方法。 本内容的难点有以下三点： (1) 粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动 (2) 综合运用力学和电磁学知识解决带电粒子在磁场中的问题。 (3) 掌握速度选择器和质谱仪的工作原理和计算方法。 二、教学目标分析 (一)知识与技能 1．理解带电粒子的初速度与磁感应强度方向平行时，粒子在匀强磁场中做匀速直线运动；理解带电粒子的初速度与磁感应强度方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。 2．会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式、周期公式，并会使用公式求解相关问题。 3．知道速度选择器的选择原理，知道质谱仪的工作原理。 4．能综合运用力学和电磁学知识解决带电粒子在磁场中的问题。 5．培养学生的自主探索能力、分析推理能力及交流协作能力． (二)过程与方法 1.能够通过网络上的两个任务探究知道粒子在磁场中的运动状态与洛伦兹力有关； 2.能够通过网络上的提示推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式、周期公式； 3.能够知道速度选择器的选择原理，知道质谱仪的工作原理； 4.体验科学理论得出的过程与方法； 5.能综合运用力学和电磁学知识解决带电粒子在磁场中的问题； 6.在分组合作探究中能够清楚地表述自己的观点，初步具有评估和听取反馈意见的意识，有初步的信息交流协作能力； (三)情感态度与价值观 1.让学生意识到物理规律在现实生活中的重要作用，增强对物理学习的兴趣； 2.使学生在探究合作过程中，增强探究意识与合作意识，增强与人交流的意识； 三、学习者特征分析 本节课的学习者特征分析主要是根据教师平时对学生的了解而做出的: 1.学生是福建晋江养正中学高二的学生，具有较强的探究欲望； 2. 学生有过一定的小组协作经验 3．学生已经学过洛伦兹力
第五节研究洛伦兹力课堂实录 （一）教学目标 1．知识与技能 （1）掌握洛伦兹力方向的判断方法 （2）理解影响洛伦兹力大小的因素及公式f=qvB的理解 （3）正确理解洛伦兹力不做功并学会分析有关洛伦兹力的综合问题 2．过程与方法 经历洛伦兹力方向和大小的探究过程，学会用形象化的方法解决问题 3．情感、态度、价值观 通过本节知识的学习，充分了解科技的巨大威力，体会科技的创新与应用的历程 （二）教学重点和难点 1．教学重点：洛伦兹力方向和大小的判断 2．教学难点：洛伦兹力不做功的理解 （三）教学用具 阴极射线管、蹄形磁铁 （四）教学过程 一、新课引入 教师：磁场对电流有作用力，磁场对运动电荷是否也有作用力呢？ 学生1：没有作用力。 学生2：肯定有作用力。 教师：两个同学的意见有了分歧，那么磁场对运动电荷到底有作用力呢？下面我们请看实验。 教师：演示阴极射线管与蹄形磁铁试验，证明磁场对运动电荷有作用力。 教师：通过实验发现了什么问题？ 学生：磁场对运动电荷有作用力。 教师：能否请一个同学从理论上分析一下，为什么磁场对运动电荷会产生作用力？ 学生：磁场对电流有作用力，而电荷的定向移动形成电流，所以可以推理磁场对运动电荷也有作用力，磁场对电流的作用力是磁场对电荷作用力的宏观表现。 二、洛伦兹力的方向 教师：力是矢量，有方向，那么洛伦兹力方向的判断是否可以由安培力方向的判断得到启发呢？请同学们讨论一下。 学生：应该与安培力方向的判断相似，因为正电荷定向移动的方向实际上就是电流的方向。教师：洛伦兹力的方向用左手定则判断：伸开左手，大拇指与四个手指垂直并处于同一平面内，让磁感线垂直穿入掌心，四个手指指向正电荷的运动方向，大拇指的方向为正电荷受到的洛伦兹力的方向。 教师：若是负电荷，如何判断负电荷的洛伦兹力方向？ 学生：与正电荷受力方向的判断类似，只是四个手指的指向与负电荷运动方向相反。 教师：请同学们再次观看阴极射线管与蹄形磁铁试验，并改变磁场的方向，用左手定则检验电荷的受力方向是否与试验现象一致。
电磁场中的洛伦兹力 电磁场是自然界中普遍存在的一种物理现象，它由电场和磁场组成。电场是由 带电粒子产生的一种力场，磁场是由电流或者磁石产生的一种力场。在电磁场中，洛伦兹力是一种非常重要的力，它描述了电荷在电磁场中受到的力的大小和方向。 洛伦兹力的大小与带电粒子的电荷大小、电流大小、速度以及磁场强度有关。 在一个特定的电磁场中，当带电粒子的速度与磁场方向垂直时，洛伦兹力达到最大；当带电粒子的速度与磁场方向平行时，洛伦兹力为零。这意味着洛伦兹力是与运动方向有关的力。 洛伦兹力的方向由右手定则决定。根据右手定则，将右手的食指指向带电粒子 运动的方向，中指指向磁场的方向，那么拇指所指的方向就是洛伦兹力的方向。这个定则可以帮助我们快速判断洛伦兹力的方向，对于解决与电磁场相关的问题非常有用。 洛伦兹力是电磁场中最基本的力之一，它在许多领域中有着广泛的应用。在电 动机和发电机中，通过洛伦兹力的作用可以将电能转化为机械能或者机械能转化为电能。这是电磁动力学的基础原理之一。 除了在电动机和发电机中的应用，洛伦兹力还在粒子加速器中有着重要的作用。在粒子加速器中，带电粒子会被高频的电场和磁场加速，从而达到高能状态。这便是洛伦兹力的应用之一。通过控制电磁场中的洛伦兹力，科学家们在粒子物理研究中取得了许多重大的发现。 洛伦兹力不仅在宏观领域中有着广泛的应用，在微观世界中也有着重要的地位。在凝聚态物理学中，洛伦兹力是描述电子在固体材料中受力情况的重要力之一。通过洛伦兹力的作用，科学家们可以研究材料的导电性质和磁性质，从而为新材料的发展提供重要的理论基础。
总之，洛伦兹力作为电磁场中的一种力，具有重要的地位和应用价值。无论是在宏观领域中的电动机、发电机以及粒子加速器，还是在微观领域中的凝聚态物理学，洛伦兹力都发挥着关键的作用。它描述了带电粒子在电磁场中受力情况，是揭示电磁现象和研制电磁器件的重要基础。深入理解和研究洛伦兹力，对于推动科学技术的发展具有重要意义。 通过学习洛伦兹力的性质和应用，我们不仅能够加深对电磁场中力的理解，还能够拓展视野，了解电磁学这门学科的重要性。未来，希望我们能够深入研究洛伦兹力以及其他电磁现象，不断探索和发现新的科学知识，为人类的发展进步做出更大的贡献。
精心整理 精心整理 洛伦兹力的应用 教学目标： 1. 知识与技能 （1）理解运动电荷垂直进入匀强磁场时，电荷在洛仑兹力的作用下做匀速圆周运动。 （2）能通过实验观察粒子的圆周运动的条件以及圆周半径受哪些因素的影响。推导带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径周期公式，并会应用它们分析实验结果， 2. 3. 用Flash 演示正电荷和负电荷垂直进入匀强磁场中得运动。 介绍洛伦兹力演示仪： （1）加速电场：作用是改变电子束出射的速度 （2）励磁线圈：作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈中心匀强磁场。 实验过程：a 、未加入磁场时，观察电子束的轨迹； b 、加入磁场时，观察电子束的轨迹； c 、改变线圈电流方向时，观察电子束的轨迹。 结论：带电粒子垂直进入匀强磁场时，做匀速圆周运动。 提问：若带电粒子是以某个角度进入磁场时，运动轨迹是什么呢？ 用Flash 演示带电粒子以某个角度进入磁场时的运动轨迹。
精心整理 提问：为什么轨迹是螺旋形？ 小结：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的条件： （1）、匀强磁场 （2）、B⊥V （3）、仅受洛伦兹力或除洛伦兹力外，其它力合力为零. 三、半径与周期 推导过程： 得： 提问： 磁场强度不变，粒子射入的速度增加，轨道半径将增大。 粒子射入速度不变，磁场强度增大，轨道半径将减小。 (1) (2) 由（1）（2）可得： 提问：周期与速度、半径有什么关系？ 四、应用 例1、匀强磁场中，有两个电子分别以速率v和2v沿垂直于磁场方向运动，哪个电子先回到原来的出发点？ 例2、已知两板间距为d，板间为垂直纸面向内的匀强磁场，带电粒子以水平速度V垂直进入 磁场中，穿过磁场后偏转角为30o。求： （1）圆心在哪里？ （2）圆心角为多大？ （3）轨道半径是多少？ （4）穿透磁场的时间？ 五、作业：P1231,2,3,4题 精心整理
1.3 洛伦兹力教案 高中物理选择性必修第二册（教科版2019） 一．教学目标 1、知道什么是洛伦兹力，知道洛伦兹力与安培力的关系。 2、会用左手定则判断洛伦兹力的方向。 3、理解洛伦兹力的计算公式，并会用其进行计算。 4、建立物理模型，有条理的推导洛伦兹力公式. 5、培养学生观察、分析、推理能力，以及学生的科学思维和研究方法。 二．重点难点 1、会用左手定则判断洛伦兹力的方向。 2、会推导洛伦兹力的计算公式，并应用。 三、教学过程 从宇宙射来的带电粒子为什么不能直接射向地球？为什么只在两极形成绚丽多彩梦幻般的激光？ 解开这些问题的钥匙，就是本节要学习的磁场对运动电荷的作用规律。 （1）当直导线垂直与磁场方向并且通上电流以后有最大安培力的作用，思考一下，电流是大量的电荷定向移动而形成，由此请同学们从微观角度上分析猜想一下磁场对通电直导线的安培力产生的根本原因是什么？
【学生猜想：磁场对通电导体的安培力产生的根本原因是由磁场对导体中的定向移动自由电子的作用力引起的。】 （2）设计实验验证洛伦兹力 师：很好，既然同学们猜测到是磁场对定向移动自由电子的有力的作用。那么我们就要用实验来验证一下这个想法。可是电子是微观粒子，不能直接观察。要用实验验证同学们的猜想，就需要采取一些措施，来完成这个实验。这里有一个阴极射线管和一个感应圈，感应圈能产生高压。现在我把感应圈产生的高压加到阴极射线管，请大家观察实验现象。 【师生互动，根据上面的实验，讨论正、负两种电荷判断的方法】甲同学：用左手。（学生讲方法，师生共同判定） 乙同学：用右手。（学生讲方法，师生共同判定） 【解释实验原理：阴极射线管的阴极能发射出的电子，阴极射线管利用感应圈产生的高压在阴极射线管两极间产生加速电场，使阴极发射出的电子做加速直线运动形成电子束。当电子打到荧光屏上时，发出荧光，显示出电子束的运动径迹。】 很好！今天同学们共同研究得出洛伦兹力方向使用左手可以判定，总结刚才左手判断的方法，就是左手定则。 引导学生进一步思考：（1）使用左手定则应注意什么？（2）根据左手定则，洛伦兹力的方向跟电荷运动方向之间存在什么关系？ 通过实验证实了磁场确实对运动的电荷有力的作用。在物理学中确定一个力时总是要分析这个力的大小、方向。下面我们探究一下洛伦兹
电磁场中的洛伦兹力 洛伦兹力是指在电磁场中，带电粒子受到的力。根据洛伦兹力的定义，我们可以通过对电磁场和带电粒子的特性进行分析，以及对洛伦兹力的运用来解释各种电磁现象，如电磁感应、电磁波等。本文将通过对洛伦兹力的原理和应用的探讨来深入了解电磁场中的洛伦兹力。 一、洛伦兹力的原理 洛伦兹力的载体是电磁场中的带电粒子，在电磁场作用下，带电粒子会受到力的作用。洛伦兹力的大小和方向由以下两个因素决定：带电粒子的电荷量和速度，以及电磁场的电场强度和磁场强度。 1.1 电场中的洛伦兹力 当带电粒子在电场中运动时，电场对带电粒子施加的力被称为电场力。电场力的大小和方向与带电粒子的电荷量和电场强度有关。 1.2 磁场中的洛伦兹力 当带电粒子在磁场中运动时，磁场对带电粒子施加的力被称为磁场力。磁场力的大小和方向与带电粒子的电荷量、速度以及磁场强度有关。 二、洛伦兹力的应用 洛伦兹力在物理学中有着广泛的应用，以下将介绍其中几个常见的应用。 2.1 电磁感应
根据洛伦兹力的原理，当导体在磁场中运动时，导体中的自由电子会受到磁场力的作用，从而产生感应电动势。这就是电磁感应现象。电磁感应的应用非常广泛，例如发电机、变压器等电力设备都是基于电磁感应的原理工作的。 2.2 磁共振成像 磁共振成像是一种利用洛伦兹力的技术。在磁共振成像中，使用强磁场和调制的电磁场对被测物体的原子核进行激发，然后通过检测洛伦兹力所引起的信号来获取物体的内部结构信息。磁共振成像在医学影像学中有着重要的应用，可以用于检测人体内部的疾病。 2.3 质谱仪 质谱仪是通过洛伦兹力对带电粒子进行分析的仪器。带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力会使它们的轨迹发生偏转。通过测量带电粒子偏转的轨迹和偏转半径，可以确定带电粒子的质荷比，从而实现对样品组分的分析和检测。 结论 在电磁场中，洛伦兹力起着至关重要的作用。通过对洛伦兹力的原理和应用的了解，我们可以更好地理解电磁现象，并将其运用于各种实际场景中，如电磁感应、医学影像学等。洛伦兹力的研究不仅为科学研究提供了重要的理论基础，也为技术的发展和应用提供了新的思路和方法。
洛伦兹力的应用 洛伦兹力是物理学中一个重要的概念，它描述了带电粒子在磁场中运动时所受到的力。这个概念在科学研究和实际应用中有着广泛的应用。下面将分析和讨论洛伦兹力在几个不同领域中的具体应用。 一、物理学研究 洛伦兹力是电磁场理论的重要组成部分，它被广泛应用于物理学研究中。在粒子物理学实验中，科学家通过在加速器中产生高能带电粒子，利用洛伦兹力将这些粒子引导到特定的轨道上。这样可以精确测量粒子的质量、电荷量以及其他物理性质，从而对物质的微观结构和宇宙的演化有更深入的了解。 二、电力工程 洛伦兹力在电力工程中也有重要应用。例如，电力传输系统中的输电线路通常悬挂在电力塔上，这些输电线路中的电流受到地球磁场的影响而受到洛伦兹力的作用。通过合理设计电力输电线路的位置和形状，可以在电力输送过程中最大程度地减小洛伦兹力对输电线路的影响，提高电力传输效率。 三、磁共振成像 磁共振成像（MRI）是一种常用的医学检测技术，它利用了洛伦兹力的原理。在MRI扫描中，患者会被置于一个强磁场中，这个磁场可以改变人体组织内部的原子核的旋转方向。通过施加不同的电磁场脉冲，可以使原子核的旋转发生预定的变化。利用洛伦兹力的原理，医
生可以通过探测这些变化来获取人体内部组织的详细结构信息，从而 进行诊断和治疗。 四、磁力驱动器 洛伦兹力也被应用于磁力驱动器中，这是一种利用洛伦兹力驱动物 体运动的技术。通过在水中施加磁场，并通过控制磁场的方向和强度，可以使装有磁导体的物体受到洛伦兹力的作用而运动。磁力驱动器可 以应用在水下机器人、船舶推进器和高速列车等领域，实现无摩擦、 高效率的运动。 五、电子加速器 洛伦兹力在电子加速器中应用广泛。电子加速器是一种利用电场和 磁场加速电子束的设备。通过在加速器中施加强磁场，并通过调节磁 场的强度和方向，可以使电子束受到洛伦兹力的作用而加速运动。电 子加速器广泛应用于科学研究、材料分析和放射治疗等领域，具有重 要的实际应用价值。 综上所述，洛伦兹力在物理学研究、电力工程、医学诊断和治疗、 磁力驱动器以及电子加速器等领域都有着广泛的应用。洛伦兹力的应 用不仅推动了理论物理的发展，也为工程技术和医学科学的进步做出 了重要贡献。随着科学技术的不断发展，相信洛伦兹力的应用将会在 更多领域中得到拓展和运用。
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。 【师生共探】：速度选择器：教师课件演示，学生观察分析。定性分析解度选择器的原理。（课本87页例题1） 课堂针对性练习： 1．判断图中带电粒子所受洛伦兹力的方向 2．依运动轨迹，判断图中带电粒子的电性。
第六章第3节洛伦兹力的应用 一. 教学目标 1. 知识与技能： 1)理解洛伦兹力对粒子不做功。 2)理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。 3)会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动中的半径、周期公式，并会用它们解答有关问题。 2.过程与方法： 1)通过图片的信息提出问题，引导学生根据力学知识推测：运动电荷垂直射入磁场后，可能做圆周运动。 2)进一步通过实验探究，确认粒子的运动轨迹是圆形。 3)通过学生的分析推导，总结归纳出运动电荷做圆周运动的半径、周期。 3. 情感态度与价值观： 通过讲述带电粒子在科技、生产与生活中的典型应用，培养学生热爱科学、致力于科学研究的价值观。 二. 教学重点： 1)洛伦兹力是带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力来源。 2)带电粒子做匀速圆周运动的半径和周期的推导。 3)解决磁场中圆周运动问题的一般方法：着重把握“一找圆心，二找半径三找周期或时间的规律。 三. 教学难点： 正确理解和掌握带电粒子在匀强磁场中运动问题的分析方法。 四. 教学用具：环形线圈、投影仪、投影片 五. 课型：新课 六. 教学过程 1、复习引入： 如图所示： 师：导入图片一极光。 图片二：磁流体船。 分析：这些现象的原因实际上跟带电粒子在磁场中的运动有关。当电荷在磁场中运动时，有什么规律？这就是我们这节课要探究的内容。 物理上公式的推导，定律的得出一般都是从最简单入手。为简单起见，我们研究的是带电粒子在匀强磁场中的运动，且只受洛伦兹力作用。 探究一：带电粒子以一定的初速度v进入匀强磁场，在只受洛伦兹力的条件下，有几种情况？（分组
《洛伦兹力与现代科技》教学设计 江西金太阳新课标资源网主编整理 【教学目标】 知识与技能 1. 会综合运用电场和磁场知识研究带电粒子在两场中的受力与运动问题。 2. 在原高二知何学习的基础上，深化理解速度选择器、质谱仪，回旋加速器等科技应用原理。 过程与方法 1. 在新的问题情景中，在思考、探讨活动中，体会、感悟用基本物理知识解决科学研究中问题的方法。 2. 通过在速度选择器、质谱仪、回旋加速器等背景下研究带电粒子在场中的运动，强化电场加速、磁场偏转的意义及相关仪器的设计思路。 情感、态度与价值观 1.通过创设真实的、有研究意义的问题情境，激发学生探究问题的热情。 2.在解决问题的过程中，使学生进一步体验解决问题的基本分析方法。 3.通过对放射性物质的研究，使学生领悟研究带电粒子在场中运动的实际意义，了解现代科技研究的发展近况。 【教学重点】 带电粒子在电场和磁场的受力与运动分析与现代科技应用的了解。 【教学难点】 将实际问题转化为物理模型的研究方法。 【教学方法】 探究讨论、分析讲解、归纳运用。 【教学资源】 教材、PPT课件、有关视频资料。 【教学过程】 第一环节：通过对居里夫人获诺贝尔物理学奖原由的讨论，创 设问题情境，激发学生对带电粒子研究的关注。 居里夫人因为研究什么而获得诺贝尔物理学奖？ 放射性物质放出的是什么？ 放出的粒子的质量、电量、速度多大？ 利用什么技术手段能测出粒子的质量、电量、速度？ （这里，学生能够说出居里夫人其人、其事，不知道放射性 是什么。放出的是什么粒子，从而产生强烈的好奇心）。 第二环节：通过对〖问题1〗的探究和 讨论，体会速度选择器选择的是粒子的速度
探究洛伦兹力的教学设计 宁陕中学：周华 ★教学目标 （1）知识与技能 1、知道什么是洛伦兹力，会判断洛伦兹力的方向； 2、知道洛伦兹力大小的推导过程； （2）过程与方法： 1、通过对安培力产生原因的猜测，培养学生的联想和猜测能力； 2、通过演示实验，培养学生的观察能力。 3、通过类比的方法培养学生通过旧知识获得新知识的能力 4、通过推导洛伦兹力的公式，培养学生的逻辑推理能力； （3）情感态度与价值观： 培养学生的科学思维和研究方法，引导学生观察、分析、推理，通过实验验证，使学生认识到洛伦兹力的存在。 ★教学重点 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。★教学难点 洛伦兹力大小推导过程 ★教学方法 实验观察法、讲述法、分析推理法 ★教学用具：
电子射线管、电源、磁铁、投影仪、投影片 ★教学过程 （一）引入新课 教师：（复习提问）前面我们学习了磁场对电流的作用力，下面思考两个问题： （1）如图，判定安培力的方向 学生上黑板做，解答如下： （2）电流是如何形成的？ 学生：电荷的定向移动形成电流。 教师：磁场对电流有力的作用，电流是由电荷的定向移动形成的，大家会想到什么？ 学生：这个力可能是作用在运动电荷上的，而安培力是作用在运动电荷上的力的宏观表现。 ［演示实验］用阴极射线管研究磁场对运动电荷的作用。如图3.5-1
教师：说明电子射线管的原理： 从阴极发射出来电子，在阴阳两极间的高压作用下，使电子加速，形成电子束，轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以显示电子束的运动轨迹。 学生：观察实验现象。 实验结果：在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将蹄形磁铁靠近阴极射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。 学生分析得出结论：磁场对运动电荷有作用。 （二）进行新课 洛伦兹力的方向和大小 教师讲述：运动电荷在磁场中受到的作用力称为洛伦兹力。通电导线在磁场中所受安培力实际是洛伦兹力的宏观表现。 我们用左手定则判断安培力的方向，因此可以用安培定则判断洛伦兹力的方向。 左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都和手掌在一个平面内，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向正电荷运动的方向，那么，大拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场
洛伦兹力教学设计 依据人民教育出版社2010年出版的普通高中课程标准实验教科书，授课对象是高中二年级学生。 一、教学任务分析 1.教材的地位和作用 本章选自高中物理选修3—1（山东科学技术教育出版社）第6章《磁场对电流和运动电荷的作用》的第2节。这节内容从磁铁偏转电子流这一实验现象出发，经过严密的逻辑推理得到磁场对运动电荷的作用力的公式，及其作用力的方向判断，最后列举例题，加深学生对知识的巩固。 本章教材从生活中的磁现象、判断规律、应用这三个阶段逐步展开。教材的前两节让学生开始认识生活中的关于磁和磁场的现象；然后在第三和第五两节分别介绍宏观安培力和微观洛伦兹力的两个大小方向等重要规律和左手定则；而最后第四、第六两节分别着重介绍安培力和洛伦兹力的现代技术应用。经历这三个阶段的系统化学习，有助于学生掌握好关于磁的一些现象规律。第五节《研究洛伦兹力》的内容正是着重讲述洛伦兹力的相关规律。由可见的宏观的安培力的研究到微观的洛伦兹力的研究，它们存在着特殊的关系，而这存在一定的跨度的，理解能力差的学生就会出现问题。所以讲洛伦兹力这种实质上是旧知识的新知识，要注意培养学生的知识迁移和类比能力。 2.教材内容安排 教材首先简单回顾磁场对电流有安培力的作用，而电流是由电荷的定向移动形成，从而引出猜想安培力和与本节所学的洛伦兹力有一定的联系。这样的安排，在一定程度是符合知识的建构的，从学生已有的知识出发，搭桥、连线，从而在原有的基础上建立新的知识，更加吸引学生，从而达到更好的教学效果。教材在引出猜想后，通过实验现象探究洛伦兹力的方向，并引出左手定则确定具体方向；之后通过数学分析推理、类比的方法得出洛伦兹力的大小。一步一步地按着正常逻辑思维开展，符合学生的知识构建过程，中间穿插关键而具有引导性的提问，从而引导学生向特定方向思考，达到教学目的。 3.课程标准要求 通过探究，了解洛伦兹力的定义、方向、大小。能解释生活应用中质谱仪等仪器的原理。把现代技术与授课结合在一起，更加贴进生活，也更易让学生的知识与生活构建联系，从而
第2节 洛伦兹力 学案 学习目标： 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. 基础知识： 一、磁场对运动电荷的作用 1．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。 2．洛伦兹力的大小 (1)当v 与B 成θ角时，F ＝q v B sin θ. (2)当v ⊥B 时，F ＝q v B . (3)当v ∥B 时，F ＝0. 二、从安培力到洛伦兹力 1．洛伦兹力的推导 设导线横截面积为S ，单位体积中含有的自由电子数为n ，每个自由电子的电荷量为e ，定向移动的平均速率为v ，垂直于磁场方向放入磁感应强度为B 的磁场中，如图所示。 截取一段长度l ＝v Δt 的导线，这段导线中所含的自由电子数为N ，则 N ＝nSl ＝nS v Δt 在Δt 时间内，通过导线横截面的电荷为Δq ＝neS v Δt 通过导线的电流为I ＝Δq Δt ＝neS v 这段导线所受到的安培力F ＝IlB ＝neS v 2B Δt 每个自由电子所受到的洛伦兹力f ＝F N ＝e v B 安培力的微观解释示意图 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个 平面内，让磁感线从掌心垂直进入，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． 三、带电粒子在匀强磁场中的运动 1．运动性质：当运动电荷垂直射入匀强磁场后，运动电荷做匀速圆周运动。 2．向心力：由洛伦兹力f 提供，即q v B ＝m v 2 r 。
第15天洛伦兹力（预习篇） 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：运动电荷在磁场中受到的力． (2)与安培力的关系：通电导线在磁场中受到的安培力是洛伦兹力的宏观表现． 2．洛伦兹力的方向 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个平面内，让磁感线从掌心垂直进入，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． 3．洛伦兹力的大小 (1)当v与B成θ角时，F＝q v B sin θ. (2)当v⊥B时，F＝q v B. (3)当v∥B时，F＝0. 二、电子束的磁偏转 1．显像管的构造：如图所示，由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成． 2．显像管的原理 (1)电子枪发射高速电子． (2)电子束在磁场中偏转． (3)荧光屏被电子束撞击时发光． 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，使
得电子束打在荧光屏上的光点从上向下、从左向右不断移动． 一、洛伦兹力的方向 例题1.试判断下列图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向，其中垂直于纸面指向纸里的是() 答案D 解析根据左手定则可以判断，选项A中的带电粒子所受的洛伦兹力方向向下；选项B中的带电粒子所受的洛伦兹力方向向上；选项C中的带电粒子所受的洛伦兹力方向垂直纸面指向纸外；选项D中的带电粒子所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸里，D正确． 解题归纳： 1．洛伦兹力的方向总是与电荷运动的方向及磁场方向垂直，即洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁场方向确定的平面．即F、B、v三个量的方向关系是：F⊥B，F⊥v，但B与v不一定垂直，如图甲、乙所示． 2．在用左手定则判断运动的电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向时，对于正电荷，四指指向电荷的运动方向；但对于负电荷，四指应指向电荷运动的反方向． 二、洛伦兹力的大小 例题2.如图所示，各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均为v，带电荷量均为q.试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小，并指出洛伦兹力的方向．
3.6.4 洛伦兹力与现代技术
【学习目标】掌握带电粒子在复合场中的运动问题的分析方法 【重点难点】电粒子在复合场中的运动问题
预习案
【知识梳理】 1、复合场
复合场是指磁场与电场共存的场．或电场与重力场共存的场，或磁场与重力场共存的场， 或磁场、电场、重力场共存的场。 2、带电体在复合场中运动时受力分析 带电物体在重力场、电场、磁场中运动时，其运动状态的改变由其受到的合力决定，因 此，对运动物体进行受力分析时必须注意以下几点： ①受力分析的顺序：先场力(包括重力、电场力、磁场力)、后弹力、再摩擦力等。 ②电子、质子、离子等微观粒子无特殊说明一般不计重力；带电小球、尘埃、油滴、液 滴等带电颗粒无特殊说明一般计重力；如果有具体数据．可通过比较确定是否考虑重力。 3、带电粒子在复合场中运动的分析思路： ①弄清楚复合场的组成． ②正确进行受力分析．除重力、弹力、摩擦力外要特别关注电场力和磁场力的分析． ③确定带电粒子的运动状态．注意结合运动情况和受力情况进行分析． ④对于粒子连续经过几个不同场的情况，要分段进行分析、处理． ⑤画出粒子的运动轨迹，灵活选择不同的运动规律． 【预习自测】 1、已知质量为 m 的带电液滴，以速度 v 射入相互垂直的匀强电场 E 和匀强磁场 B 中，液滴 在此空间刚好能在竖直平面内做匀速圆周运动，如图所示．求： （1）液滴在空间受到几个力作用； （2）液滴电性及带电荷量； （3）液滴做匀速圆周运动的半径多大． 【我的疑问】
探究案
一、合作探究
探究一：带电粒子在复合场中的平衡问题
【例 1】如图所示，匀强电场方向水平向右，匀强磁场方向垂直于纸面向里，一质量为 m、 带电荷量为 q 的微粒以与磁场方向垂直，与电场成 45°角的速度 v 射入复合场中，恰能做匀 速直线运动，求电场强度 E 和磁感应强度 B 的大小．
探究二：带电粒子在复合场中的非平衡问题
【例 2】如图所示，在相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，有一 倾角为 θ、足够长的光滑绝缘斜面．磁感应强度为 B，方向垂直纸 面向外，电场方向竖直向上．有一质量为 m、带电荷量为＋q 的 小球静止在斜面顶端，这时小球对斜面的正压力恰好为零．若迅 速把电场方向反转为竖直向下，小球能在斜面上连续滑行多远？ 所用时间是多少？
探究二：带电粒子在复合场中的多过程问题
洛伦兹力--教学设计 《运动电荷在磁场中受到的力》教学设计 一、教学设计思路 本设计课题是“运动电荷在磁场中受到的力”，XXX的《普通高中课程标准实验教科书》（选修3-1），物理第三章第5节内容，该课题放在“通电导线在磁场中受到的力”内容之后，意味教材引导教师利用安培力导出洛伦兹力的大小、方向，绝大多数教师在平时的也是采用此思路展开教学的；但新课程倡导探究式研究，强调科学与社会、生活实践的联系，强调对过程和方法的研究，为了让学生成为教学活动的主体，把教学的重点由研究物理知识变为探索知识的过程，以情景设疑让学生主动思考，鼓励学生大胆猜想，设计实验探究、验证猜想，得出结论；其探究过程体现在洛伦兹力方向的判定法则，定性探究洛伦兹力的大小，理论定量探究洛伦兹力的大小，实验与理论、验证与探究充分表现在课堂教学设计中。二、教学目标 1.知识与技能目标 （1）知道什么是洛伦兹力。 （2）会用洛伦兹力解答实际生活中的有关题目。
（3）会用左手定则判断有关带电粒子在磁场中受洛伦兹力方向的问题。 2.过程与方法目标 （1）通过猜想、实验探究洛伦兹力的方向研究来培养学生科学思维能力和观察能力。（2）通过猜想、实验定量探究洛伦兹力的大小培养学生分析推理能力和应用知识的能力。3.情感态度与价值观目标 （1）通过“设问—猜想—探究—推理”来体会科学研究最基本的思维方法。 （2）再合作探究的过程中，培养学生团结协作的肉体。 （3）体会物理研究中的逻辑美，规律的同一，联系生活，激发求知的热情。 三、教学重点 （1）洛伦兹力的大小和方向的判定。 （2）初步掌握科学探究的过程。 四、教学难点 （1）左手定则的生成过程及应用。 （2）实验定量探究洛伦兹力的大小。 五、教具
第七节带电粒子在复合场中的运动（一） 洛伦兹力在现代科技中的运用 一、速度选择器 在如图所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直为定值．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，当不计重力的带电粒子所受的电场力和洛伦兹力平衡时，带电粒子能匀速通过该装置，这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器． 1．当________________时，带正电粒子将沿图中的虚线向右匀速通过速度选择器， 选择出的粒子速度为v＝________．如果粒子速度大于v将________偏出；速度小于v将 __________偏出(填“向上”或“向下”)． 2．负电荷从左侧飞入，能否匀速沿虚线通过这个选择器？ 3．若粒子从右边进入，能否匀速沿虚线通过这个选择器？ 例1 如图所示是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2，平板S下方有强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是() A．质谱仪是分析同位素的重要工具 B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/B D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小 二、磁流体发电机 1．等离子体：即高温下电离的气体，含有大量的带正电和负电的微粒，而从整体来说呈中性。通常状态下的空气呈电中性，对外不显电性，但在高温下的气体（如雷雨放电、电弧焊、高压放电等条件下）被电离成正、负离子，从而使原本呈电中性的空气成为包含正离子、负离子和空气分子的导电气体，处于这种状态的气体称为等离子体，自然界中的闪电通道、电弧焊的放电通道等都是等离子体． 2．磁流体发电机的原理：磁流体发电机可以把能直接转化为电能，是一种有 着广泛发展前景的低碳环保发电机．如图所示，垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场的等离子
专题强化十九 洛伦兹力与现代科技 目标要求 1.理解质谱仪和回旋加速器的原理，并能解决相关问题.2.会分析电场和磁场叠加的几种实例． 题型一 质谱仪 1．作用 测量带电粒子的质量和分析同位素． 2.原理(如图所示) (1)粒子由静止被加速，由动能定理可得qU ＝1 2m v 2， 由此可得v ＝ 2qU m . (2)粒子经过速度选择器时：q v B 1＝qE ， 可得v ＝E B 1 . (3)粒子进入磁感应强度为B 2的匀强磁场区域做匀速圆周运动， 有q v B 2＝m v 2 r ， 可得q m ＝E B 1B 2r . 例1 (多选)(2023·广东茂名市第一中学模拟)如图甲所示，质谱仪是分离和检测同位素的仪器．用质谱仪测量氢元素的同位素，让氢元素的三种同位素氕、氘、氚的离子流从容器A 下方的小孔，无初速度飘入电势差为U 的加速电场，加速后垂直进入磁感应强度大小为B 的匀强磁场，最后打在照相底片D 上，形成a 、b 、c 三条质谱线，如图乙所示．不计所有粒子受到的重力及粒子间作用力．下列说法正确的是( )
A ．在进入磁场时，氕的动能最大 B ．氚在磁场中运动的时间最长 C ．a 质谱线对应氢元素的氚 D ．a 质谱线对应氢元素的氕 答案 BC 解析 设氢元素某一种同位素的电荷量为q 、质量为m ，加速后获得的速度大小为v ，动能为E k ，根据动能定理有E k ＝1 2m v 2＝qU ，由于氢元素的三种同位素所带电荷量相同，所以进入磁 场时，三种同位素的动能一样大，选项A 错误；由题图乙可知三种同位素都运动半个周期，由T ＝2πm qB 知，同位素的比荷越小，T 越大，运动时间越长，所以同位素氚在磁场中运动的时 间最长，选项B 正确；由上述表达式及R ＝m v qB 可得R ＝ 1 B 2mU q ，可知同位素的比荷越小，R 越大，所以a 、b 、c 三条质谱线分别对应氚、氘、氕，选项C 正确，D 错误． 题型二 回旋加速器 1．构造 如图所示，D 1、D 2是半圆金属盒，D 形盒处于匀强磁场中，D 形盒的缝隙处接交流电源． 2．原理 交流电周期和粒子做圆周运动的周期相等，使粒子每经过一次D 形盒缝隙就被加速一次． 3．最大动能 由q v m B ＝m v m 2R 、E km ＝12m v m 2得E km ＝q 2B 2R 2 2m ，粒子获得的最大动能由磁感应强度B 和盒半径 R 决定，与加速电压无关．