运动电荷在磁场中的作用力教学设计

课题：磁场对运动电荷的作用力

一、教材分析与设计思想：

洛伦兹力一节承上(安培力)启下(带电粒子在磁场中的运动),是本章的核心知识也是教学的重点。本节课由极光现象提出问题，引入新课，结尾对极光现象做简单解释，与引入相呼应。在洛伦兹力的方向、大小和作用效果这三个问题的教学中，突出科学探究过程中“猜想与假设”、“理论推导”和“实验探究验证”等环节，着重培养学生动手、动脑和自主学习探究从而获取知识的能力。

二、教学目标

(一)知识与技能

1.知道什么是洛伦兹力.知道洛伦兹力的方向与电荷的运动方向和磁感应强度的方向都

垂直，会用左手定则判断洛伦兹力的方向。

2.知道计算洛伦兹力大小的公式的推导过程.会计算垂直于磁场方向进人匀强磁场的带

电粒子受到洛伦兹力的大小.

4.知道电视显像管的基本构造及工作的基本原理。

(二)过程与方法

1.通过实验,感知洛伦兹力的存在,探究洛伦兹力方向的判断方法.

2.经历由安培力公式推导出洛伦兹力公式的过程，由此体会磁场中通电导线所受的安培

力实际上是运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。

(三)情感态度与价值观

1.通过观察、分析、推理、实验,认真体会科学研究最基本的思维方法:“推理一猜想一

实验验证”.

2.通过了解极光产生的原因和显像管中的磁偏转原理,懂得物理与生活的息息相关,感悟

物理知识的应用价值.

三、教学重点:

1. 用左手定则判断洛伦兹力的方向.

2.洛伦兹力大小的公式F=qvB的推导.

四、教学难点:

1.探究洛伦兹力方向与磁场方向、运动方向之间的关系.

2.洛伦兹力大小表达式的推导与验证

五、教具准备:

阴极射线管、蹄形磁铁、条形磁铁、电火花计时器、洛伦兹力演示仪、磁传感器、数字电压表、摄像头

六、教学过程:

引入：

师：先请同学们看一段视频（播放极光视频）

师问：同学们，这是什么现象？生答：极光现象

师：那么，极光是发生在地球的高纬度地区还是低纬度地区？为什么在赤道这样的低纬度地区看不到极光现象呢？要解决这个问题，让我们一起来学习今天这节课

（板书）：磁场对运动电荷的作用力

新课：

磁场对运动电荷有没有作用力呢？我们可以通过实验来探究，在做实验之前，先来认识桌上的一个仪器--------阴极射线管。

【投影】介绍阴极射线管：

真空管内的阴极在高压作用下发射出电子，经电场加速，通过狭缝形成高速运动的电子流,我们不能直接观察到电子的运动，让电子流轰击长条形的荧光屏，屏发出荧光能显示出电子的运动径迹。

探究磁场对运动电荷的作用力

师：我们利用电火花计时器输出的高压加在阴极射线管两端，同学们打开电火花计时器的开关，观察到什么现象？（从运动轨迹上看，电子做直线运动。）将蹄形磁铁靠近阴极射线管会发生什么现象呢？

师：请同学分析一下实验现象（没有磁场时，电子束沿直线运动，磁铁靠近，运动径迹发生了弯曲。为什么会弯曲呢？这表明磁场对运动的电子有力的作用。）

师：这个实验说明磁场对运动电荷有力的作用。

介绍：荷兰物理学家洛伦兹对此作了深入的研究。为了纪念洛伦兹的贡献，人们将这个力命名为洛伦兹力。

板书：一、洛伦兹力

对于这个刚认识的力，我们最想了解它的什么？（大小怎么计算，方向如何判断，有什么样的作用效果）下面我们就先来探究洛伦兹力的方向。

探究洛伦兹力的方向

板书：1.方向：（投影图片）洛伦兹力的方向与什么因素有关？我们可以采取控制变量法，先保持电子的v方向不变，研究洛伦兹力的方向与磁感应强度B方向的关系。

1.观察并记录甲乙两图中洛伦兹力的方向

2.画出F、B、v的方向关系图（可以画正视图）

学生上黑板画出三者方向的正视图，提问：F方向与B方向是否有关？有什么样的关系？（v方向不变时，改变B方向，F方向改变。）我们也可以保持B不变，改变V方向，研究洛伦兹力的方向。实验表明：洛伦兹力的方向与B、v的方向都有关系（板书）。怎么表示这三种方向间的关系呢？

以甲图为例，我们能否用左手来表示出这三者的关系呢？学生黑板前展示。

这位同学总结出来的方法，我们只要知道其中两个量的方向，就可以判断出第三个量的方向。这实际上是给出了一种判断洛伦兹力方向的方法。我们把这种方法叫做左手定则。板书：左手定则判定。但要注意四指的指向。如果是正电荷运动，四指指向正电荷运动方向，如果是负电荷运动，四指指向负电荷运动的反方向。

巩固练习：试判断图中的带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力的方向

掌握了洛伦兹力的方向问题，我们再来研究：洛伦兹力的大小与什么因素有关？

探究洛伦兹力的大小

板书：2.大小

洛伦兹力的大小与哪些因素有关，我们可以从最简单的情况分析，让一个带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场，求洛伦兹力大小。对这个问题，我们先进行理论推导

播放动画，提问学生分析：大量运动电荷所受洛伦兹力的合力表现为导线所受的安培力。小结：安培力是洛伦兹力的宏观表现；洛仑兹力是安培力的微观本质

如果这段导线内部定向运动的电荷总数为N，则有F安=NF洛（板书）

我们尝试由安培力的表达式导出洛伦兹力的表达式。

教师提示投影中的四个问题，学生交流讨论，推导得出结论，学生黑板板演，讲解展示（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，这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中）

板书：v⊥B，F洛=qvB 指出各个物理量的单位。

小结：洛伦兹力大小，（1）v⊥B，F洛=qvB （2）v∥B，F洛=？你能否用刚才的方法从理论上推导出结论呢？（3）v与B成θ时，F洛=？学生分析

接下来我们再来探究洛伦兹力的作用效果，

探究洛伦兹力的作用效果

板书：3.作用效果

投影分析F洛方向与带电粒子V方向始终垂直，

板书：只改变速度方向，不改变速度大小，永不做功。

师：同学们，刚才我们通过理论探究得出了洛伦兹力的大小表达式，下面我们再通过实验来验证一下。

实验验证：v⊥B时，洛伦兹力大小表达式F = q v B 。思考：如何验证？需要测哪些物理量？如何测量？