磁场对运动电荷的作用力教学设计
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《磁场对运动电荷的作用力》教学设计
邢台市第一中学 李惠芳
一、教学目标
（一）知识与技能
1．知道什么是洛仑兹力，会用左手定则判定洛仑兹力方向，会计算洛伦兹力大小。
2．由安培力大小推导运动电荷所受的洛仑兹力大小，培养学生的迁移能力。
3、知道洛伦兹力不做功，了解带电粒子在磁场中的运动轨迹是螺旋线。
（二）过程与方法
1．通过复习安培力方向，电流与电荷运动方向的关系，猜想洛伦兹力方向，再利用实验加以探究验证，使学生对安培力和洛伦兹力有统一认识。
2．通过复习安培力大小，电流微观表达式，理论推导洛伦兹力大小，让学生意识到安培力是洛伦兹力的宏观表现。
3．通过思考讨论的方式认识洛伦兹力的作用效果。
（三）情感态度与价值观
1．通过实验探究培养学生科学分析的习惯，即“假设──推理──实验验证”。
2．从安培力的角度研究洛伦兹力的方向、大小，使其学生建立宏观、微观的概念，感受物理规律的统一美。关注物理与生活相互联系，感受理论与实践的关系及物理世界的和谐联系。
二、教学重点、难点：
洛伦滋力的大小和方向的导出过程。
三、教具：
高压感应圈，阴极射线管，蹄形条形磁铁、洛伦兹力演示仪等。
四、教法设计
引导学生通过猜想—实验验证—理论推导—得出结论等方式进行探究。
五、 教学过程
（一）课题引入
1．观察极光图片（如图1所示）
师：同学们，先让我们一起来欣赏一种天文现象……绚丽多姿的极光（播放：极光图片，如图1所示）。
问题：通过这些图片，你能发现极光一般出现在什么地区吗？
生：两极等高纬度地区。（播放：人类在卫星上拍到南北极极光“同放光彩”奇景）
师：很好，为什么在赤道等低纬度地区却不会出现极光呢？
2．电脑图象变形
师：接下来，我们再来做一个有趣的实验，请同学们切勿在家里模仿。
演示：把磁铁靠近电脑荧光屏。师：我们看到，图像完全走样了，为什么磁铁靠近荧光屏会发生这种现象呢？这根磁棒真的具有魔力吗？
3．引入课题
要解决上述两个问题，我们的钥匙就是：磁场对运动电荷的作用力（板书）。
（二）新课教学
1．猜想运动电荷在磁场中受力（板书）
引导学生回顾：
（1）什么叫安培力？怎样计算安培力的大小？如何判断安培力的方向？
（2）电流是怎样形成的？你还记得电流强度的微观表达式吗？由电流的形成原因和磁场对电流的作用，你想到了什么？
请同学们猜一猜：运动电荷在磁场中会受到作用力吗？
（3）实验探究
师：介绍实验装置 高压圈 阴极射线管
演示：不加磁场时，电子不受力，作直线运动，如图2；拿一条形磁铁靠近玻璃管，运动的电子处在磁场中，观察发生的现象，如图3
图2 图3
生：电子发生了偏转
师：这说明了什么？ 生：磁场对运动的电子有力的作用
师：磁场对运动电荷确实有力的作用。荷兰物理学家洛伦兹首先提出：运动电荷能产生磁场；磁场对运动电荷有力的作用。物理学上把磁场对运动电荷的作用力称为洛伦兹力．安培力和洛伦兹力在本质上属同一种力；安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观本质（板书）。
2．探究洛伦兹力的方向（板书）
回忆安培力方向判断方法──左手定则内容，注意：等效电流方向与正电荷运动方向相同，与负电荷运动方向相反，引导学生猜测：洛伦兹力方向也可用左手定则判断。磁感线垂直穿过左手心，四指指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向，拇指指应为洛伦兹力方向
实验验证：如图4，让条形磁铁的N极正对电子束，观察电子偏转方向，与用左手定则判断的结果一致；如图5，让S极正对电子束，重复验证。
图4 图5
总结归纳：洛伦兹力方向由左手定则判定。磁感线垂直穿过左手心，四指指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向，那么拇指的指向就是洛伦兹力的方向（板书）。
3．探究洛伦兹力的大小（板书）
如图，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。这段通电导线垂直于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。（2）通电导线所受的安培力F。（3）这段导线内的自由电荷数。（4）每个电荷所受的洛伦兹力f。（让学生分组推导：选择具有代表性的学生，把他的推导过程写在黑板上，再简述推导过程。）
导线中的电流为I＝nqSv，所受到的安培力为F＝BIL＝BnqSvL，运动电荷的总数为N＝nSL，单个运动电荷所受到的作用力为f＝F/N，亦即洛伦兹力大小为f＝qvB。思考： F安
s
vt a b
v f a．公式f＝qvB成立的条件是什么？
b．运动电荷在磁场中是否一定受洛伦兹力的作用？
c．洛伦兹力的大小与哪些因素有关？
d．你能写出洛伦兹力的一般表达式吗？
让学生分组讨论、解答，教师点评、分析、纠错，小结。
总结洛伦兹力大小（板书）
a．当电荷运动方向与磁场方向垂直（v⊥B）时，f＝qvB。
b．当电荷的运动方向与磁场方向平行（v∥B）时，电荷不受洛伦兹力。
c．当电荷的运动方向v与磁场方向成θ角时，f＝qvBsinθ。
进一步说明安培力是洛伦兹力的集体表现，洛伦兹力是安培力的微观本质。
注意：带电粒子在电场和在磁场中受力情况不同。带电粒子置于电场中必受电场力，与运动状态无关，但在磁场中所受洛伦兹力的大小和方向与运动状态有关。
4．洛伦兹力作用效果及应用（板书）
思考1：能否象用电场加速粒子一样，用磁场为带电粒子加速？为什么？
结论：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；洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小；洛伦兹力对电荷不做功。所以不能加速带电粒子。 但可使带电粒子偏转。
应用：洛伦兹力是一种非常重要的力，它的应用也非常广泛．例如在电视机显像管和电脑显示器中就用到了洛伦兹力（板书）。
思考2：若运动的电荷在磁场中仅受洛伦兹力作用，那么洛伦兹力会怎样改变电荷的运动状态呢？猜想：带电粒子在磁场中的运动轨迹是圆吗？
实验验证：演示洛伦兹力演示仪实验。
观察：偏转线圈的磁场。电子在磁场中分别做圆、直线和螺旋线运动。
结论：一般情况下，带电粒子在磁场中做螺旋线运动，只有带电粒子垂直进入匀强磁场中时，其运动轨迹才是圆。
解释极光现象（板书）：极光是来自太阳的高能粒子进入大气后，与大气发生作用而产生带电粒子，沿着地磁场向两极运动。视频：极光。
六．结课，布置作业
