《洛伦兹力 第1课时》示范课教学设计【物理鲁科版高中选择性必修第二册(新课标)】
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沿着电场线的切线方向或反方向
作用效果
只改变电荷运动的速度方向，不改变速度大小
既可以改变电荷运动的速度大小，也可以改变电荷运动的方向
做功特点
永不做功
可做功，也可不做功
【典型例题】
例1.试判断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( )
ABCD
解析：根据左手定则可以判断，选项A中的负电荷所受的洛伦兹力方向向下；选项B中的负电荷所受的洛伦兹力方向向上；选项C中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸外；选项D中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸里，D正确。
教师提问：当运动电荷的速度v的方向与磁感应强度B的方向的夹角为θ时，该怎么处理呢？
学生回答：把速度正交分解
教师活动：如图，引导学生分析计算，投影学生作答情况，发现洛伦兹力f＝qvBsinθ。
教师提问：还有其他方法吗？（提示：参考安培力的处理方法）
学生回答：把磁感应强度正交分解。
教师活动：引导学生画图，分析计算，投影学生作答情况，发现洛伦兹力f＝qvBsinθ，可见，两种分解方法都可以。
(2)当小球对斜面压力为零时，有
mgcosα＝qvB
得小球此时的速度为v＝
由于小球沿斜面方向做匀加速运动，加速度为a＝gsinα
由匀变速直线运动的位移公式v2＝2ax
得x＝ 。
答案：(1)带正电 (2)
五、课堂小结
教师口述：磁场对运动电荷的作用力称为洛伦兹力。研究表明，电荷的速度方向与磁场方向平行时，所受到的洛伦兹力为零。在磁感应强度为B的匀强磁场中，电荷量为q的电荷以速度v垂直于磁场的方向运动时，所受到的洛伦兹力
教师提问：公式中各个量的单位分别是什么呢？
学生回答：电荷量的单位为库伦（C），速度v的单位为米每秒（m/s），磁感应强度B的单位为特斯拉（T），洛伦兹力f的单位为牛顿(N)。
2．洛伦兹力方向的判断
教师提问：根据上面的分析和推导，洛伦兹力方向怎么判断呢？
学生回答：左手定则
教师总结：洛伦兹力的方向可以依照左手定则来进行。即：伸开左手，拇指与其余四指垂直，且都与手掌处于同一平面内，让磁感线垂直穿入手心，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。
教师提问：截取一段长度l=v t的导线,这段导线中所线横截面的电荷量为多少？
学生回答：
教师提问：通过导线的电流I为多少？
学生回答：
教师提问：这段导线所受到的安培力F为多少？
学生回答：
教师提问：每个自由电子所受到的洛伦兹力为多少？
学生回答：
教师提问：如果运动电荷带负电，四指指向哪儿呢？
学生回答：四指指向负电荷运动方向的反方向。
教师归纳：运动电荷所受洛伦兹力方向与速度方向垂直。
3.洛伦兹力与安培力的关系
4．洛伦兹力的特点
（1）安培力实际上是洛伦兹力的宏观表现
（2）洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化。
（3）无论磁感应强度B的方向与电荷运动的速度方向是否垂直，洛伦兹力的方向一定垂直于B和v所决定的平面。
教师活动：当电荷速度v的方向与磁感应强度B方向的夹角为θ时，洛伦兹力大小f＝qvBsinθ。如果电荷速度v的方向与磁感应强度B方向平行呢？
学生回答：当θ=0°或θ=180°时，洛伦兹力为0，即：f=0。
教师活动：如果电荷速度v的方向与磁感应强度B方向垂直呢？
学生回答：电荷运动方向与磁场方向垂直时，θ=90°，洛伦兹力最大，即：f=qvB。
第2节洛伦兹力
（第1课时）
一、教学目标
1.通过实验探究，感受磁场对运动电荷有力的作用。
2.知道什么是洛伦兹力，会用左手定则判断洛伦兹力的方向。
3.掌握洛伦兹力公式的推导过程，会用公式分析求解洛伦兹力。
二、教学重点及难点
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。
（4）洛伦兹力只改变电荷的运动方向,不改变电荷速度的大小。
（5）洛伦兹力永远不做功，但安培力可以做功。
5.洛伦兹力与电场力的比较：
洛伦兹力
电场力
产生条件
(1)电荷相对于磁场运动
(2)运动方向与磁场方向不平行
只要电荷在电场中，就一定受到电场力的作用
大小
F＝qvBsinθ
F＝qE
受力方向
垂直于B和v所决定的平面，但B和v不一定垂直
磁场对运动电荷的作用力的大小和方向又是怎样的呢？
【新知讲解】
一、磁场对运动电荷的作用
教师演示：观察阴极射线在磁场中的偏转。
教师提问：在没有外磁场时，电子束怎么运动，蹄形磁铁靠近电子射线管，观察电子束运动轨迹有什么变化？
学生回答：在没有外界磁场时，电子束沿直线运动，蹄形磁铁靠近电子射线管，电子束运动轨迹发生弯曲。
安培力实际上是洛伦兹力的宏观表现。运动的带电粒子在磁场中所受洛伦兹力的方向与运动方向和磁感应强度的方向都垂直。
二、从安培力到洛伦兹力
1．推导过程：
教师口述：通电导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中，设导线横截面积为S，导线每单位体积中含有的自由电荷数为n，电子电荷量大小为e，定向移动的平均速率为v。
答案：D
例2.如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于纸面向外，质量为m、带电荷量为q的小球在倾角为α的光滑斜面上由静止开始下滑。若带电小球下滑后某个时刻对斜面的压力恰好为零，问：
(1)小球的带电性质如何？
(2)此时小球下滑的速度和位移分别为多大？
解析：(1)小球沿斜面下滑，其对斜面的压力为零，说明其受到的洛伦兹力应垂直斜面向上，根据左手定则可判断小球带正电。
难点：洛伦兹力方向的判断。
三、教学用具
阴极射线管，蹄形磁体
四、教学过程
【课程引入】
教师展示图片：
学生思考：太阳发射出的带电粒子以300～1 000 km/s的速度扫过太阳系，形成“太阳风”。这种巨大的辐射经过地球时，为什么不能直射地球？
教师引导：我们知道，磁场对通电导线有作用力，我们还知道，带电粒子的定向移动形成了电流。那么，磁场对运动电荷有力的作用吗？再来看看“太阳风”吧。
作用效果
只改变电荷运动的速度方向，不改变速度大小
既可以改变电荷运动的速度大小，也可以改变电荷运动的方向
做功特点
永不做功
可做功，也可不做功
【典型例题】
例1.试判断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( )
ABCD
解析：根据左手定则可以判断，选项A中的负电荷所受的洛伦兹力方向向下；选项B中的负电荷所受的洛伦兹力方向向上；选项C中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸外；选项D中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸里，D正确。
教师提问：当运动电荷的速度v的方向与磁感应强度B的方向的夹角为θ时，该怎么处理呢？
学生回答：把速度正交分解
教师活动：如图，引导学生分析计算，投影学生作答情况，发现洛伦兹力f＝qvBsinθ。
教师提问：还有其他方法吗？（提示：参考安培力的处理方法）
学生回答：把磁感应强度正交分解。
教师活动：引导学生画图，分析计算，投影学生作答情况，发现洛伦兹力f＝qvBsinθ，可见，两种分解方法都可以。
(2)当小球对斜面压力为零时，有
mgcosα＝qvB
得小球此时的速度为v＝
由于小球沿斜面方向做匀加速运动，加速度为a＝gsinα
由匀变速直线运动的位移公式v2＝2ax
得x＝ 。
答案：(1)带正电 (2)
五、课堂小结
教师口述：磁场对运动电荷的作用力称为洛伦兹力。研究表明，电荷的速度方向与磁场方向平行时，所受到的洛伦兹力为零。在磁感应强度为B的匀强磁场中，电荷量为q的电荷以速度v垂直于磁场的方向运动时，所受到的洛伦兹力
教师提问：公式中各个量的单位分别是什么呢？
学生回答：电荷量的单位为库伦（C），速度v的单位为米每秒（m/s），磁感应强度B的单位为特斯拉（T），洛伦兹力f的单位为牛顿(N)。
2．洛伦兹力方向的判断
教师提问：根据上面的分析和推导，洛伦兹力方向怎么判断呢？
学生回答：左手定则
教师总结：洛伦兹力的方向可以依照左手定则来进行。即：伸开左手，拇指与其余四指垂直，且都与手掌处于同一平面内，让磁感线垂直穿入手心，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。
教师提问：截取一段长度l=v t的导线,这段导线中所线横截面的电荷量为多少？
学生回答：
教师提问：通过导线的电流I为多少？
学生回答：
教师提问：这段导线所受到的安培力F为多少？
学生回答：
教师提问：每个自由电子所受到的洛伦兹力为多少？
学生回答：
教师提问：如果运动电荷带负电，四指指向哪儿呢？
学生回答：四指指向负电荷运动方向的反方向。
教师归纳：运动电荷所受洛伦兹力方向与速度方向垂直。
3.洛伦兹力与安培力的关系
4．洛伦兹力的特点
（1）安培力实际上是洛伦兹力的宏观表现
（2）洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化。
（3）无论磁感应强度B的方向与电荷运动的速度方向是否垂直，洛伦兹力的方向一定垂直于B和v所决定的平面。
教师活动：当电荷速度v的方向与磁感应强度B方向的夹角为θ时，洛伦兹力大小f＝qvBsinθ。如果电荷速度v的方向与磁感应强度B方向平行呢？
学生回答：当θ=0°或θ=180°时，洛伦兹力为0，即：f=0。
教师活动：如果电荷速度v的方向与磁感应强度B方向垂直呢？
学生回答：电荷运动方向与磁场方向垂直时，θ=90°，洛伦兹力最大，即：f=qvB。
第2节洛伦兹力
（第1课时）
一、教学目标
1.通过实验探究，感受磁场对运动电荷有力的作用。
2.知道什么是洛伦兹力，会用左手定则判断洛伦兹力的方向。
3.掌握洛伦兹力公式的推导过程，会用公式分析求解洛伦兹力。
二、教学重点及难点
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。
（4）洛伦兹力只改变电荷的运动方向,不改变电荷速度的大小。
（5）洛伦兹力永远不做功，但安培力可以做功。
5.洛伦兹力与电场力的比较：
洛伦兹力
电场力
产生条件
(1)电荷相对于磁场运动
(2)运动方向与磁场方向不平行
只要电荷在电场中，就一定受到电场力的作用
大小
F＝qvBsinθ
F＝qE
受力方向
垂直于B和v所决定的平面，但B和v不一定垂直
磁场对运动电荷的作用力的大小和方向又是怎样的呢？
【新知讲解】
一、磁场对运动电荷的作用
教师演示：观察阴极射线在磁场中的偏转。
教师提问：在没有外磁场时，电子束怎么运动，蹄形磁铁靠近电子射线管，观察电子束运动轨迹有什么变化？
学生回答：在没有外界磁场时，电子束沿直线运动，蹄形磁铁靠近电子射线管，电子束运动轨迹发生弯曲。
安培力实际上是洛伦兹力的宏观表现。运动的带电粒子在磁场中所受洛伦兹力的方向与运动方向和磁感应强度的方向都垂直。
二、从安培力到洛伦兹力
1．推导过程：
教师口述：通电导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中，设导线横截面积为S，导线每单位体积中含有的自由电荷数为n，电子电荷量大小为e，定向移动的平均速率为v。
答案：D
例2.如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于纸面向外，质量为m、带电荷量为q的小球在倾角为α的光滑斜面上由静止开始下滑。若带电小球下滑后某个时刻对斜面的压力恰好为零，问：
(1)小球的带电性质如何？
(2)此时小球下滑的速度和位移分别为多大？
解析：(1)小球沿斜面下滑，其对斜面的压力为零，说明其受到的洛伦兹力应垂直斜面向上，根据左手定则可判断小球带正电。
难点：洛伦兹力方向的判断。
三、教学用具
阴极射线管，蹄形磁体
四、教学过程
【课程引入】
教师展示图片：
学生思考：太阳发射出的带电粒子以300～1 000 km/s的速度扫过太阳系，形成“太阳风”。这种巨大的辐射经过地球时，为什么不能直射地球？
教师引导：我们知道，磁场对通电导线有作用力，我们还知道，带电粒子的定向移动形成了电流。那么，磁场对运动电荷有力的作用吗？再来看看“太阳风”吧。