3.5磁场对运动电荷的作用力导学案

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。

《磁场对运动电荷的作用》习题课教学案要点导学1、本节学习磁场对运动电荷的作用力（洛伦兹力），通过本节的学习，应知道洛伦兹力是安培力的微观表现，会推导公式F=qvB，并会用此公式解答有关问题，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，知道电视机显象管的工作原理。

2、洛伦兹力的方向：和确定安培力的方向一样，确定洛伦兹力的方向也可以用左手定则.由于电流方向规定为_______定向移动的方向，所以用左手定则判断洛伦兹力方向时，四指应该指向______运动的方向.磁场可以和电荷的运动速度方向不垂直，但洛伦兹力一定既垂直于电荷的速度方向，又垂直于磁感应强度方向，即垂直于速度方向和磁感应强度方向所构成的________。

3、计算洛伦兹力的公式：如果电流方向与磁场方向不垂直，设磁场与电流方向的夹角等于θ，洛伦兹力公式为__________，它表示电荷的运动方向与磁场方向在一条直线上，电荷将______磁场的作用力；当电荷的运动方向与磁场方向垂直时，电荷受到的磁场力最大等于_________。

4．洛伦兹力与电场力的对比电荷在电场中就会受到电场力，其大小等于________，和电荷是否运动______．磁场对静止的电荷____作用力，对运动的电荷也______有作用力，只有对运动方向与磁感应强度方向_________的电荷才有作用力．电场力移动电荷时，必然伴随着_____做功，涉及到______与其它形式的能的转化．洛伦兹力移动电荷时，对电荷____做功.5、电视机显象管的工作原理：电视机显象管中的电子偏转是利用了_______________ _________________________。

产生偏转电场的线圈称为__________。

6、动量：是矢量，大小为质量与速率的乘积，方向为速度方向。

范例精析〖例1〗一个长螺线管中通有恒定直流电，把一个带电粒子（不计粒子重力）沿着管轴线射入管中，粒子在管中做什么运动？解析：通电螺管内部的磁场是沿管轴线的，如图1所示，即带电粒子的速度方向与磁感线在同一直线上（速度与磁感应强度方向之间的夹角等于00或1800），所以粒子将不受洛伦兹力，又不计粒子的重力，所以粒子将匀速直线穿过磁场区域．拓展：磁场对静止的电荷无相互作用力，对运动的电荷也不一定有作用力，只有当电荷的运动方向与磁感应强度方向不在图1一直线上时才有洛伦兹力作用．如果螺线管中通交变电流，电子如何运动？〖例2〗 如图2所示，一阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB 时，发现射线的径迹向弯曲，则【 】A ．导线中的电流从A 到BB ．导线中的电流从B 到AC ．若要使电子束的径迹向上弯曲，可以改变AB 中的电流方向来实现D ．电子束的径迹与AB 中的电流方向无关解析： 电子在通电直导线产生的磁场中运动，无论直导线中的电流方向如何，电子的运动速度都是和磁感应强度的方向是垂直的．根据左手定则，由于是负电荷，四指应指向左方，根据电子的偏转方向可以确定磁感应强度的方向为垂直纸面向里．根据安培定则，导线中的电流方向为B 到A ．如果导线中的电流方向相反，则其产生磁场方向也相反，会影响到电子的偏转方向，所以本题的正确选项是BC ．拓展：本题运动电荷带负电，所以四指应指向其运动速度方向的反方向．磁感应强度方向、粒子的速度方向中任意一个反向，都会导致洛伦兹力反向，如果两个都反向，则洛伦兹力方向保持不变．〖例3〗 如图3所示，质量为m ，带电量为q 的小球，在倾角为 α的光滑斜面上由静止开始下滑，匀强磁场的磁感应强度为B ，方向垂直纸面向外，若带电小球下滑后某个时刻对斜面的压力恰好为零，问：（1）小球带电性质如何？（2）此时小球下滑的速度和位移分别是多大？解析：（1）小球沿斜面下滑，要对斜面的压力为零，说明其受到的洛伦兹力应垂直斜面向上，根据左右定则，四指应与小球运动方向一致，所以小球带正电．（2）当小球对斜面压力为零时，有mgcos α=Bqv……①得小球此时的速度为v=mgcos α/Bq……②由于小球沿斜面方向做匀加速运动，加速度为a=gsin α……③由匀加速运动的位移公式v 2=2as……④得s=m 2gcos 2α/(2B 2q 2sin α)……⑤拓展：小球在运动过程中只有重力做功，机械能是守恒的，随着速度的增加，洛伦图2图3兹力随之增大，是一个变力，但是小球在斜面方向上的合力是恒力，所以小球做匀加速运动，故本题可以用匀变速运动来处理；当速度达到一定值时，小球对斜面的压力为零，以后小球将离开斜面在空中运动，所以本题的位移是小球在斜面运动的最大位移．能力训练1．关于带电粒子所受洛伦兹力f、磁感应强度B和粒子速度v三者方向之间的关系，下列说法正确的是( )（A）f、B、v三者必定均相互垂直（B）f必定垂直于B、v，但B不一定垂直v（C）B必定垂直于f、v，但f不一定垂直于v（D）v必定垂直于f、B，但f不一定垂直于B2．如图4所示是磁场B、负电荷速度v和磁场对运动电荷作用力f三者方向的相互关系图，其中正确的是（B、f和v两两垂直）( )3．电子射入只存在磁场的空间区域后( )（A）动能不可能变化（B）动量一定变化（C）能作匀速直线运动（D）一定作匀变速直线运动4．如图5所示，绝缘劈两斜面光滑且足够长，它们的倾角分别为α、β（α<β），处在垂直纸面向里的匀强磁场中，将质量相等、带等量异种电荷的小球A和B，同时从两斜面的顶端静止释放，不考虑两电荷之间的库仑力，则( )（A）在斜面上两球作匀加速运动，且a A<a B（B）在斜面上两都作变加速运动（C）两球沿斜面运动的最大位移s A<s B（D）两球沿斜面运动的时间t A>t B5．电子以4×106m／s的速率垂直射入磁感应强度0．5T的匀强磁场中，受到的磁场力为_____N．如果电子射入磁场时速度v与B的方向间的夹角是180°，则电子受的磁场图4图5力为_______N ．6．氢核和氘核以相同的动量垂直射入同一匀强磁场中，它们所受洛仑兹力大小之比为_________．7．如图6所示，虚线框内空间中同时存在着匀强电场和匀强磁场，匀强电场的电力线竖直向上，电场强度E=6×104伏/米，匀强磁场的磁力线未在图中画出．一带正电的粒子按图示方向垂直进入虚线框空间中，速度v=2×105米/秒．如要求带电粒子在虚线框空间做匀速运动，磁场中磁感线的方向如何？磁感应强度大小多大？(带电粒子所受重力忽略不计)8．如图7所示，在竖直平面内有一个正交的匀强电场和匀强磁场磁感应强度为1T ，电场强度为310N ／C ．一个带正电的微粒，q ＝2×10－6C ，质量m=2×10-6kg ，在这正交的电场和磁场内恰好做匀速直线运动，则带电粒子运动的速度大小多大？方向如何？素质提高9．在图8中虚线所围的区域内，存在电场强度为 E 的匀强电场和磁感应强度为B 的匀强磁场，已知从左方水平射入的电子，穿过这个区域时未发生偏转，设重力可以忽略不计，则在这区域中的E 和B 的方向可能是 ( )（A ）E 和B 都沿水平方向，并与电子运动的方向相同（B ）E 和B 都沿水平方向，并与电子运动的方向相反（C ）E 竖直向上，B 垂直纸面向外（D ）竖直向上，B 垂直纸面向里 图7 图8 图6。

第三章
磁 场
5
运动电荷在磁场中受到的力
一、学习目标
1、利用左手定则会判断洛伦兹力的方向，理解洛伦兹 力对电荷不做功。
2、掌握洛伦兹力大小的推理过程。 3、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。
二、带着问题先学
1、什么是洛伦兹力？与安培力的关系怎样？ 如何利用左手定则判断洛伦兹力的方向？运用 该定则时应该注意什么？
速度选择器
3、（书98页第三题）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。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。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 E 选择器。试证明：带电粒子具有速度 v 时，才能 B 沿着图示虚线路径通过这个速度选择器。
×××× v ××××
v
v
v v
(1)通电导线中的电流 I nqvS (2)通电导线所受的安培力 F安 BIL B( nqvS ) L (3)这段导线内的自由电荷数 N nSL F安 B( nqvS ) L (4)电荷所受的洛伦兹力 F洛 qvB
N nSL
I

v
F
v v v
思考：
电荷的速度方向与磁场方向垂直时 F qvB 。 如果电荷的运动方向与磁场的方向夹角为θ该 怎么办？
F qvB sin
课堂练习
1、下列各图中带电粒子刚刚进入磁场，试判断这时粒 子所受洛伦兹力的方向
F洛
× × ×
× ×v ×
× × ×
+
+
v
F洛 F洛
v
+ +
v
+
v
v
垂直纸面向外 垂直纸面向里

《磁场对运动电荷的作用力》导学案一、学习目标1、理解洛伦兹力的概念，知道其与安培力的关系。

2、掌握洛伦兹力的大小计算公式，并能熟练应用。

3、会用左手定则判断洛伦兹力的方向。

4、了解洛伦兹力在现代科技中的应用。

二、知识回顾1、安培力：通电导线在磁场中受到的力称为安培力。

安培力的大小为$F ＝ BIL\sin\theta$，其中$B$为磁感应强度，＄I$为电流强度，＄L$为导线在磁场中的有效长度，＄＼theta$为磁场方向与电流方向的夹角。

2、电流的微观表达式：＄I ＝ nqSv$，其中$n$为单位体积内的自由电荷数，＄q$为每个自由电荷的电荷量，＄S$为导体的横截面积，＄v$为自由电荷定向移动的平均速率。

三、新课导入我们已经学习了安培力，知道通电导线在磁场中会受到力的作用。

那么，单个运动电荷在磁场中是否也会受到力的作用呢？这就是我们今天要探讨的内容——磁场对运动电荷的作用力。

四、新课讲授1、洛伦兹力的概念运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力。

荷兰物理学家洛伦兹首先提出了这一概念。

2、洛伦兹力与安培力的关系安培力是大量自由电荷所受洛伦兹力的宏观表现。

可以设想，导线中每个自由电荷定向移动的速度为$v$，导线的横截面积为$S$，单位体积内的自由电荷数为$n$，每个自由电荷的电荷量为$q$。

则在时间$t$内，通过导线横截面的电荷量为$Q ＝ nqSv t$。

这段导线中的电流为$I ＝ Q/t ＝ nqSv$。

长度为$L$的导线所受的安培力为$F ＝ BIL ＝BnqSvL$。

而这段导线内的自由电荷总数为$N ＝ nSL$，每个自由电荷所受的洛伦兹力为$F_{洛} ＝ F/N ＝ Bqv$。

3、洛伦兹力的大小（1）当运动电荷的速度方向与磁感应强度方向垂直时，洛伦兹力的大小为$F ＝ Bqv$。

（2）当运动电荷的速度方向与磁感应强度方向平行时，洛伦兹力为零。

（3）当运动电荷的速度方向与磁感应强度方向夹角为$＼theta$时，洛伦兹力的大小为$F ＝ Bqv\sin\theta$。