教科版高中物理选修3-1：《洛伦兹力的应用》教
2024-2025学年高中物理第3章5洛伦兹力的应用教案教科版选修3-1
教师总结各组的亮点和不足，并提出进一步的建议和改进方向。
6. 课堂小结（5分钟）
目标： 回顾本节课的主要内容，强调洛伦兹力的重要性和意义。
过程：
简要回顾本节课的学习内容，包括洛伦兹力的基本概念、组成部分、案例分析等。
强调洛伦兹力在现实生活或学习中的价值和作用，鼓励学生进一步探索和应用洛伦兹力。
七、课堂
1. 课堂评价：通过提问、观察、测试等方式，了解学生的学习情况，及时发现问题并进行解决。
提问：在教学过程中，教师可以通过提问的方式了解学生对洛伦兹力的理解程度。针对关键概念和知识点，教师可以设计一些开放性问题，引导学生进行思考和讨论，检查学生对知识的掌握情况。
观察：教师应时刻关注学生的学习状态，观察他们参与课堂活动的积极性和合作程度。观察学生在小组讨论中的表现，了解他们是否能够主动参与、积极思考，并与其他同学进行有效的沟通和合作。
详细介绍每个案例的背景、特点和意义，让学生全面了解洛伦兹力的多样性或复杂性。
引导学生思考这些案例对实际生活或学习的影响，以及如何应用洛伦兹力解决实际问题。
小组讨论：让学生分组讨论洛伦兹力的未来发展或改进方向，并提出创新性的想法或建议。
4. 学生小组讨论（10分钟）
目标： 培养学生的合作能力和解决问题的能力。
八、课后作业
1. 题目：计算电子在磁场中运动的速度
已知电子的质量为9.11×10^-31 kg，电荷量为1.60×10^-19 C，磁感应强度为0.5 T，电子的速度为1×10^6 m/s。求电子在磁场中运动的速度。
答案：电子在磁场中运动的速度为3.20×10^6 m/s。
2. 题目：洛伦兹力对电子轨道的影响
3.5洛伦兹力的应用 课件(教科版选修3-1)
针对训练
如图所示，一束电荷量为 e 的电子以垂直于磁场方
向(磁感应强度为 B)并垂直于磁场边界的速度 v 射入宽度为 d 的 磁场中，穿出磁场时速度方向和原来射入方向的夹角为 θ＝30° . 求电子的质量和穿越磁场的时间．
解析
过 M、N 作入射方向和出射方向的垂线，两垂线交于 O
点，O 点即电子在磁场中做匀速圆周运动的圆心，连接 ON，过 N 做 OM 的垂线，垂足为 P，如图所示．由直角三角形 OPN 知， d 电子轨迹半径 r＝sin 30° ＝2d① v2 由牛顿第二定律知 evB＝m r ② 2dBe 解①②得：m＝ v 2π 2dBe 4πd 电子在无界磁场中的运动周期为 T＝eB· v ＝ v
2．对交变电压的周期有什么要求？带电粒子获得的最大动能由 什么决定？
答案 交变电压的周期应等于带电粒子在磁场中运动的周 mv 1 2 q2B2R2 期．由 R＝ qB 及 Ek＝2mv 得最大动能 Ek＝ 2m ，由此知最 大动能由 D 形盒的半径和磁感应强度决定．
[要点提炼] 1．回旋加速器中交流电源的周期等于带电粒子 在磁场中运动
2πR 2πm (2)如图所示， 设电子做圆周运动的周期为 T， 则 T＝ v ＝ Bq ＝ 2πm α mθ Be .由几何关系得圆心角 α＝θ，所以 t＝2πT＝ eB .
mv θ r θ (3)由几何关系可知：tan 2＝R，所以有 r＝ eB tan 2.
mv mv mθ θ 答案 (1) Be (2) eB (3) eB tan 2
学习目标
知识储备
学习探究
典例精析
课堂小结
自我检测
[要点提炼] 1．质谱仪的原理 (如图 ) (1)带电粒子进入加速电场(狭缝 S1 与 S2 之间 )，满足动能定 1 2 qU＝2mv 理： . (2)带电粒子进入速度选择器 (P1 和 P2 两平行金属板之间 )， 满 E qE ＝ q v B 1 足 ， v＝ ，匀速直线通过． B1 (3)带电粒子进入偏转磁场 (磁感应强度为 B2 的匀强磁场区 mv 域 )，偏转半径 R＝ . qB2 E q (4)带电粒子打到照相底片，可得荷质比 ＝ B1B2R . m
《洛伦兹力的应用》课件
洛伦兹力的应用
1
同步加速器
电子在加速器中受到射频场和磁场的作用，实现加速和减速，产生高原子核围绕磁矢量的洛伦兹力，实现对人体结构和功能的非侵入性检测。
3
磁浮列车
磁浮列车利用洛伦兹力悬浮在轨道上，通过磁场推动列车高速行驶。
总结
洛伦兹力是描述电荷在电磁场中运动时所受到的力。
1 广泛应用
同步加速器、磁共振成像、磁浮列车等领域都离不开洛伦兹力的应用。
《洛伦兹力的应用》PPT 课件
探索洛伦兹力在不同应用中的神奇效果。从同步加速器到磁共振成像，再到 磁浮列车，让我们一起揭开洛伦兹力的秘密。
什么是洛伦兹力？
洛伦兹力是描述电荷在电磁场中运动时所受到的力。
公式表达
洛伦兹力公式为 F = q(E + v × B)
物理意义
洛伦兹力决定了电荷运动轨迹和速度的变化。
高中物理《洛伦兹力的应用》教学教案
高中物理《洛伦兹力的应用》教学教案一、教学目标1. 让学生理解洛伦兹力的概念，知道洛伦兹力的大小、方向和作用点。
2. 让学生掌握洛伦兹力的计算方法，能够运用洛伦兹力解释实际问题。
3. 培养学生的实验操作能力，提高学生的科学思维能力。
二、教学内容1. 洛伦兹力的定义2. 洛伦兹力的大小和方向3. 洛伦兹力的计算方法4. 洛伦兹力的作用点5. 洛伦兹力在实际问题中的应用三、教学重点与难点1. 教学重点：洛伦兹力的概念、大小、方向、计算方法和作用点。
2. 教学难点：洛伦兹力的方向和计算方法。
四、教学方法1. 采用讲授法，讲解洛伦兹力的概念、大小、方向、计算方法和作用点。
2. 采用案例分析法，分析洛伦兹力在实际问题中的应用。
3. 采用实验法，让学生通过实验观察洛伦兹力的方向和作用点。
五、教学过程1. 导入：通过回顾磁场的基本概念，引导学生进入洛伦兹力的学习。
2. 新课讲解：讲解洛伦兹力的概念、大小、方向、计算方法和作用点。
3. 案例分析：分析洛伦兹力在实际问题中的应用，如电磁感应、电流的方向等。
4. 实验操作：安排学生进行洛伦兹力实验，观察洛伦兹力的方向和作用点。
5. 总结与拓展：总结本节课的主要内容，布置课后习题，引导学生进一步深入学习。
六、教学评估1. 课堂提问：通过提问了解学生对洛伦兹力概念、大小、方向、计算方法和作用点的掌握情况。
2. 实验报告：评估学生在实验中对洛伦兹力方向的观察和理解能力。
3. 课后习题：通过课后习题的完成情况，了解学生对课堂所学知识的巩固程度。
七、教学反思1. 反思教学内容：根据学生的掌握情况，调整教学内容，确保学生能够系统地掌握洛伦兹力的相关知识。
2. 反思教学方法：根据学生的反馈，调整教学方法，提高教学效果。
3. 反思教学过程：总结课堂教学的优点和不足，改进教学过程，提高教学质量。
八、课后作业1. 请简述洛伦兹力的概念及其大小、方向、作用点。
2. 请举例说明洛伦兹力在实际问题中的应用。
高中物理《洛伦兹力的应用》教学教案
高中物理《洛伦兹力的应用》教学教案一、教学目标1. 让学生理解洛伦兹力的概念，知道洛伦兹力的大小、方向和作用点。
2. 让学生掌握洛伦兹力的计算方法，能够运用洛伦兹力公式进行相关计算。
3. 培养学生运用洛伦兹力解释实际问题的能力，提高学生的物理素养。
二、教学内容1. 洛伦兹力的概念及其与磁感应强度的关系。
2. 洛伦兹力的大小和方向。
3. 洛伦兹力的作用点。
4. 洛伦兹力的计算方法。
5. 洛伦兹力在实际问题中的应用。
三、教学重点与难点1. 重点：洛伦兹力的概念、大小、方向和作用点。
2. 难点：洛伦兹力的计算方法和在实际问题中的应用。
四、教学方法1. 采用问题驱动法，引导学生探究洛伦兹力的相关知识点。
2. 利用多媒体课件，直观展示洛伦兹力的作用效果。
3. 结合实际例子，让学生学会运用洛伦兹力公式解决问题。
4. 开展小组讨论，培养学生的合作精神和口头表达能力。
五、教学过程1. 导入：通过回顾磁场和电流的关系，引导学生思考洛伦兹力的产生。
2. 新课：讲解洛伦兹力的概念、大小、方向和作用点，引导学生掌握相关知识点。
3. 实例分析：分析实际问题，让学生学会运用洛伦兹力公式进行计算。
4. 练习：布置练习题，让学生巩固所学知识。
6. 作业：布置课后作业，巩固所学知识。
六、教学评估1. 课堂提问：通过提问了解学生对洛伦兹力的概念、大小、方向和作用点的掌握情况。
2. 练习题解答：检查学生是否能正确运用洛伦兹力公式进行相关计算。
3. 课后作业：评估学生对课堂所学知识的巩固程度。
七、教学拓展1. 引导学生思考洛伦兹力在现代科技中的应用，如电磁悬浮列车、磁悬浮耳机等。
2. 探讨洛伦兹力在其他领域的作用，如生物体内的磁感应现象。
八、教学反思1. 反思教学过程中的优点和不足，如教学方法、课堂互动等。
2. 根据学生反馈，调整教学策略，提高教学质量。
九、教学资源1. 多媒体课件：用于展示洛伦兹力的作用效果，增强学生直观感受。
2. 练习题库：提供不同难度的练习题，满足学生个性化学习需求。
高中物理教科版选修3-1教学案：第三章 第5节 洛伦兹力的应用
第5节洛伦兹力的应用1．带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用，利用磁场可以控制带电粒子的运动方向，但不能改变带电粒子的速度大小。
2．回旋加速器由两个D形盒组成，带电粒子在D形盒中做圆周运动，每次在两D形盒之间的窄缝区域被电场加速，加速电场的周期与粒子圆周运动周期相同。
回旋加速器是由劳伦斯发明的。
3．质谱仪把比荷不相等的粒子分开，并按比荷顺序的大小排列，故称之为“质谱”。
质谱仪是阿斯顿发明的。
一、利用磁场控制带电粒子运动1．实例如图3-5-1所示为一具有圆形边界、半径为r的匀强磁场，磁感应强度大小为B，一个初速度大小为v0的带电粒子(m，q)沿该磁场的直径方向从P点射入，在洛伦兹力作用下从Q点离开磁场。
图3-5-1(1)可以证明，该粒子离开磁场时速度方向的反向延长线必过圆心。
(2)设粒子离开磁场时的速度方向与进入磁场时相比偏转了θ角，则由图中几何关系可以看出tan θ2＝r R ＝qBrm v 0。
可见，对于一定的带电粒子(m ，q 一定)，可以通过调节B 和v 0的大小来控制粒子的偏转角度θ。
2．特点利用磁场控制带电粒子的运动，只能改变粒子的运动方向而不能改变粒子的速度大小。
二、质谱仪 1．比荷带电粒子的电荷量与质量之比，也叫荷质比。
2．质谱仪测定带电粒子比荷的仪器。
3．构造如图3-5-2所示，主要由离子源(S 1上方，图中未画出)、加速电场(狭缝S 1与S 2之间的电场)、速度选择器(S 2与S 3之间的装置)、偏转磁场B 2和照相底片等组成。
图3-5-24．工作原理(1)速度选择器的工作原理：速度选择器是由P 1和P 2两平行金属板产生的场强为E 的匀强电场及与电场方向垂直、磁感应强度为B 1的匀强磁场区域组成，通过速度选择器的粒子满足：q v B 1＝qE 即v ＝EB 1。
(2)质谱仪的工作原理： 速度为v ＝EB 1的带电粒子通过狭缝S 3垂直进入磁感应强度为B 2的匀强磁场区域，在洛伦兹力的作用下做半个圆周运动后打在底片上并被接收，形成一个细条纹，测出条纹到狭缝S 3的距离L ，就得出了粒子做圆周运动的半径R ＝L2，再由R ＝m v qB 2以及v 和B 2即可得出粒子的比荷qm＝2EB1B2L。
选修3-1第六章第3节洛伦兹力的应用
第六章第3节洛伦兹力的应用［课时安排］： 1课时［教学目标］：（一）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的半径、周期公式，知道它们与哪些因素有关。
4、了解回旋加速器和质谱仪的工作原理。
（二）过程与方法通过带电粒子在匀强磁场中的受力分析，灵活解决有关磁场的问题。
（三）情感、态度与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历程。
［教学重点］：带电粒子在匀强磁场中的受力分析及运动径迹及其应用［教学难点］：洛伦兹力的应用［教学器材］：洛伦兹力演示仪、多媒体辅助教学设备［教学方法］：实验观察法、讲述法、分析推理法［教学过程］：（一）引入新课教师：（复习提问）什么是洛伦兹力？学生答：磁场对运动电荷的作用力教师：带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？学生答：不一定，洛伦兹力的计算公式为f=qvB sinθ，θ为电荷运动方向与磁场方向的夹角，当θ=90°时，f=qvB；当θ=0°时，f=0。
教师：带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时会做什么运动呢？今天我们来学习——带电粒子在匀强磁场中的运动。
（二）进行新课一、带电粒子在匀强磁场中的运动教师：介绍洛伦兹力演示仪。
如图所示。
教师：引导学生预测电子束的运动情况。
（1）不加磁场时，电子束的径迹；（2）加垂直纸面向外的磁场时，电子束的径迹；（3）保持出射电子的速度不变，增大或减小磁感应强度，电子束的径迹；（4）保持磁感应强度不变，增大或减小出射电子的速度，电子束的径迹。
教师演示，学生观察实验，验证自己的预测是否正确。
实验现象：在暗室中可以清楚地看到，在没有磁场作用时，电子的径迹是直线；在管外加上匀强磁场（这个磁场是由两个平行的通电环形线圈产生的），电子的径迹变弯曲成圆形。
磁场越强，径迹的半径越小；电子的出射速度越大，径迹的半径越大。
【选修3—1】3.5 洛伦兹力的应用(精选课件)
1、确定圆心：
圆心一定在速度的 垂线上，也一定在弦的 中垂线上。
α
＋
Q v0
2、角度之间的关系：
（1）偏转角等于圆心 角；（2）弦切角等于圆 心角的一半。
F
一、利用磁场控制带电离子偏转
弦切角
P＋ F R θ O′ 圆心角 v0 O r α θ 偏转角
O
M v v
M P -q v v
⑵半径的计算 几何法求半径（勾股定理、三角函数） 向心力公式求半径（R= mv/qB）
圆心确定后，寻找与半径和已知量相关的直角三角形， 利用几何知识，求解圆轨迹的半径。
带电粒子在有界磁场中的运动问题，综合性 较强，解这类问题既要用到物理中的洛仑兹力、 圆周运动的知识，又要用到数学中的平面几何中 的圆及解析几何知识 ．但只要准确地画出轨迹图， 并灵活运用几何知识和物理规律，找到已知量与 轨道半径r、周期T的关系，求出粒子在磁场中偏 转的角度或距离以及运动时间不太难。
v
mv 3mv r , 得B 2aq 3 Bq
射出点坐标为（0，3a ）
y
2a
B
O/
v
a
o
x
［练习5］质量为m带电量为e的电子垂直磁场方
仅受洛伦兹力下圆形边界磁场的规律
规律1：在圆形区域 内，沿径向射入的粒 子，必沿径向射出。 情形1：
v α B O θ 边 界 圆
规律:2：在圆形区域内，沿 非径向射入的粒子，两圆心 连线OO′与点C共线。 情形2：
边 界 圆 B O C A B
O＇
θ
O′
轨 迹 圆
v
轨迹圆
仅受洛伦兹力下利用磁场控制带电离子偏 转
教科版洛伦兹力的应用-课件
课堂讲义
【例 5】回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪 器，其核心部分是两个 D 形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极 相接，以便在盒内的窄缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝时都得 到加速，两盒放在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底 面，粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子电荷量为 q，质量 为 m，粒子最大回旋半径为 Rmax.求： (1)粒子在盒内做何种运动； (2)所加交变电流频率及粒子角速度； (3)粒子离开加速器时的最大速度及
课堂讲义 一、带电粒子在有界磁场中的运动
1．在研究带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动规律时，着重把握“一 找圆心，二求半径，三定时间”的方法．
(1)圆心的确定方法：两线定一“心”
o
①圆心一定在垂直于速度的直线上．
如图甲所示已知入射点 P(或出射点
v0
M)的速度方向，可通过入射点和出射
点作速度的垂线，两条直线的交点就
qU＝12mv2
x＝2r＝2qmBv，
故 x＝B2
2mU q
课堂讲义 四、回旋加速器问题
1．周期：带电粒子做匀速圆周运动的周期 T＝2qπBm，由此看出：带 电粒子的周期与速率、半径均无关，运动相等的时间(半个周期)后进 入电场． 2．带电粒子的最大能量：由 r＝mqBv得，当带电粒子的速度最大时， 其运动半径也最大，若 D 形盒半径为 R，则带电粒子的最终动能 Em ＝q22Bm2R2.可见，要提高加速粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应 强度 B 和 D 形盒的半径 R.
πr
C.3v0
2 3πr B. 3v0
3πr
D. 3v0
由题知 θ＝60°
t＝61 T＝π3qmB
教科版高二上学期物理教学课件：选修3-1洛伦兹力应用
北京正负电子对撞机改造后的直线加速器
回旋加速器——结论
1. 在磁场中做圆周运动,周期不变。
2. 每一个周期加速两次。
3. 电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期 相同。
4. 电场一个周期中方向变化两次。
5. B不变时：某一个粒子能被加速的最大速度由 盒的半径决定。
6. 电场加速过程中,时间极短,可忽略。
由动能定理得:带电粒子经n极的电场加速后增加的动能为：
…
缺点：直线加速器占有的空间范围大，在有限的空 间范围内制造直线加速器受到一定的限制．
1966年建成的美国斯坦福电子直线加速器管长3050米.
直线加速器占地太大，能不能让它小一点
劳伦斯（1901－1958）：美国物理学家
2020/8/18
回旋加速器
3、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗 示或运动状态来判定
复习回顾
1、圆周运动的半径
2、圆周运动的周期
一、利用磁场控制带电粒子运动
偏转角
可见：对于一定的带电粒子。可以通过调节B和V0的 大小来控制粒子的偏转角度。
磁偏转的特点：只改变速度的方向，不改变速度的 大小。
一、利用磁场控制带电粒子运动
带电粒子做圆周运动的半径最大只能等于圆
形盒的半径 , 根据
, 粒子运动的最大速度
为
那么粒子获得的最大能量为：
可见：带电粒子一定的条件下，其获得的最大能量 取决于：D形盒的半径R，磁感应强度B.
注意：加速电压小，多转几圈。电压大，少转几圈。
5. 加速的次数N 6. （1）加速粒子在磁场中运动的时间
（2）加速粒子电场中运动的时间 （在加速电场中相当于 “匀加速直线运动”）
2.特点：
2023教科版必修(3-1)第3章第五节《洛伦兹力的应用》ppt
特别提醒：(1)电子、质子、α粒子等一般不计 重力，带电小球、尘埃、液滴等带电颗粒一般 要考虑重力的作用． (2)注意重力、电场力做功与路径无关，洛伦兹 力始终和运动方向垂直、永不做功的特点．
即时应用 (即时突破，小试牛刀) 3．(2011年杭州高二检测)一个带电粒子以初速 度v0垂直于电场方向向右射入匀强电场区域，穿 出电场后接着又进入匀强磁场区域．设电场和磁 场区域有明确的分界线，且分界线与电场强度方 向平行，如图3－5－8中的虚线表示．在图所示 的几种情况中，可能出现的是( )
Moreover, our store provides various types of classic sample essays, such as contract agreements, documentary evidence, planning plans, summary reports, party and youth organization materials, reading notes, post reading reflections, essay encyclopedias, lesson plan materials, other sample essays, etc. If you want to learn about different formats and writing methods of sample essays, please stay tuned!
穿透时间 t＝1T2，故 t＝112×2eπBm＝π3vd.
【答案】Leabharlann 2dBe vπd 3v
变式训练1 如图3－5－10所示，在圆形区域 里，有匀强磁场，方向如图所示，有一束速率 各不相同的质子自A点沿半径方向射入磁场， 这些质子在磁场中( ) A．运动时间越长的，其轨迹所对应的圆心角 越大 B．运动时间越长的，其轨迹越长 C．运动时间越短的，射出磁场时，速率越小 D．运动时间越短的，射出磁场时，速度方向 偏转越小
教科版高中物理选修3-1课件5洛伦兹力的应用
解：交变电流的频率为
α粒子运动的速度为
48
身体上的重担，心灵上的压力，会使人活得 十分艰苦.学会“放下”可以使心灵获得解 脱，让自己活得洒脱.
磁场中运动的时间之比为( )
A．1∶2
B．2∶1
C．1∶D．1∶1
40
解析：由T＝可知，正、负电子 的运动周期相同，故所用时间之比等 于轨迹对应的圆心角之比． 作出正、负电子运动轨迹如图所示， 由几何知识可得正电子运动的圆心角等于120°，负电子运 动的圆心角等于60°，而电荷在磁场中的运动时间t＝ 所以t正∶t负＝θ正∶θ负＝2∶1，故B正确.A、C、D错 误． 答案：B
术的发展.
19
20
21
回旋加速器原理
分析： （1）磁场的作用：带电粒子以某一速度垂直磁场方 向进入匀强磁场后，在洛伦兹力作用下做匀速圆周运 动，其周期和速率、半径均无关，带电粒子每次进入 D形盒都运动相等的时间（半个周期）后平行于电场 方向进入电场中加速. （2）电场的作用：回旋加速器的两个D形盒之间的窄 缝区域存在周期性变化的并垂直于两D形盒正对截面 的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速.
22
（3）交变电压：为了保证带电粒子每次经过窄缝 时都被加速，使之能量不断提高，需在窄缝两侧加上 跟带电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电压．
23
带电粒子的最终能量由什么因素确定呢？ 当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大， 由r=得v=，若D形盒的半径为R，则带电粒 子的最终动能：
所以，要提高加速粒子的最终能量，应尽可能 增大磁感应强度B和D形盒的半径R．
C．它们的质量一定各不相同
D．它们的电量与质量之比一定各不相同
45
解析：对在匀强电场和磁场正交区域内保持原来的运动方向 的粒子，其电场力等于洛伦兹力
新课标教科版31选修三《洛伦兹力的应用》WORD教案1
新课标教科版31选修三《洛伦兹力的应用》WORD 教案1（课程标准教科书人教版选修3－1第109页）背景资料：1879年霍尔()..E H Hall 发觉，处在匀强磁场中的通电导体板，当电流的方向垂直于磁场时，在垂直于磁场和电流方向的导体板的两端面之间会显现电势差，这一现象称为霍尔效应，如图所示，显现的电势差称为霍尔电势差或霍尔电压。
实验指出，霍尔电势差与通过导体板的电流I ，磁场的磁感强度B 成正比，与板的厚度d 成反比，H a b BI U k dϕϕ=-= （1）式中k 称为霍尔系数。
霍尔效应可用于测量磁场的磁感强度，也能够用于测量电流，专门是测量比较大的电流。
实验原理：这次实验使用的是4引脚的半导体霍尔元件，型号为119sj ，1、3引脚为输入口，也确实是输入电流必须通过1、3引脚流过霍尔元件，而且输入电流一样都专门小，差不多上是几个毫安的电流，以119sj 型号为例，最大输入电流为10mA 。
相对应的2、4引脚确实是输出口，假如输入口通入合适的输入电流，霍尔元件放置在磁场中，那使用灵敏的电压表测量2、4引脚间的电压，就能够测到一个几毫伏的电压，那个电压事实上确实是霍尔电压。
然而明显要用电压传感器直截了当测量两端的电压，是不可行的，因为霍尔电压确实是太小了，只是能够通过另外的途径解决这一问题，假如把霍尔元件当作一个有内阻的电源，那在2、4引脚间串联一个电阻和微电流传感器，因为有霍尔电压的存在，那回路b 中就将有一个电流，也确实是霍尔电流H H U I R r=+，R 为此处串联的电阻，r 为回路b 霍尔电源的内阻。
当输入电流I 固定后，霍尔电压H U 与外界磁场B 变化是成正比的，H U B λ=，因为霍尔电流与霍尔电压成正比，因此也能够说霍尔电流与外界磁感应强度成正比，H I B μ=，在本次实验中我们验证霍尔电流与外界磁感应强度的线性关系。
实验装置按下面的方式连接，选取0500R =Ω，电源使用一个1.5V 的干电池，这确实是固定了输入电流，把霍尔元件与磁场传感器的感应探头固定在一起，然后放置在桌面上，使它们在整个实验过程中静止，把一块大的磁铁靠近或远离霍尔元件时，近似地认为磁场传感器测到的磁感强度确实是霍尔片上的磁感强度，微电流传感器测到的电流变化确实是霍尔电流的变化，最后通过运算机将两组数据的关系表示出来，假如实验是成功的，那霍尔电流与磁感应强度的关系确实是线性的。
2024-2025学年高中物理第3章5洛伦兹力的应用教案教科版选修3-1
（二）课堂导入（预计用时：3分钟）
激发兴趣：
提出问题或设置悬念，引发学生的好奇心和求知欲，引导学生进入洛伦兹力学习状态。
回顾旧知：
简要回顾上节课学习的磁场对电流的作用力（安培力）的内容，帮助学生建立知识之间的联系。
提出问题，检查学生对旧知的掌握情况，为洛伦兹力新课学习打下基础。
学习者分析
1.学生已经掌握了哪些相关知识：在学习本节课之前，学生应该已经掌握了电流、磁场的基本概念，以及磁场对电流的作用力（安培力）的相关知识。他们对磁场中的力有一定的了解，但可能对洛伦兹力的计算方法和在实际中的应用还不够熟练。
2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：高二学生对物理学科的兴趣整体较高，尤其是对实验和实践环节较为感兴趣。在学习能力方面，他们具备一定的逻辑思维和数学计算能力，但部分学生在面对复杂计算时可能会感到困惑。学生的学习风格各异，有的喜欢听课，有的喜欢动手实践。
鼓励学生相互讨论、互相帮助，共同解决洛伦兹力问题。
错题订正：
针对学生在随堂练习中出现的洛伦兹力错误，进行及时订正和讲解。
引导学生分析错误原因，避免类似错误再次发生。
（五）拓展延伸（预计用时：3分钟）
知识拓展：
介绍与洛伦兹力内容相关的拓展知识，拓宽学生的知识视野。
引导学生关注学科前沿动态，培养学生的创新意识和探索精神。
-测试：设计一些课堂测试题，检验学生对洛伦兹力的掌握程度，及时发现并解决他们的知识盲点。
2.作业评价
-批改：认真批改学生的作业，检查他们对洛伦兹力的计算方法和应用的掌握程度，及时发现并解决他们的错误。
-点评：对学生的作业进行详细的点评，指出他们的优点和不足，鼓励他们继续努力。
高中物理 3.5 洛伦兹力的应用课件 教科版选修31
3．工作原理 (1)加速
在 S1、S2 之间带电粒子进入加速电场后被加速，由动能定理
有 qU＝12mv2.
(2)速度选择
E
在 P1、P2 之间通过调节 E 和 B1 的大小，使速度 v＝___B_1_____
的粒子进入 B2 区．
(3)偏转
v
R＝qmBv2⇒
q＝ m
__R__B_2__＝B12BE2L(L
____B_____和___v_0_____的大小来控制粒子的偏转角度 θ.
2．特点：只改变带电粒子的__运__动__方__向___，不改变带电粒 子的__速__度__大__小___．
二、质谱仪
1．作用 常用来测定带电粒子的____比_荷______和分析同位素等．
2．原理图及特点 如图所示，S1与S2之间为____加__速_____电场；S2与S3之间的 装置叫速度选择器，它要求E与B1垂直且E方向向右时，B1垂 直纸面__向__外_______ (若E反向，B1也必须_反__向________)； S3下方偏为转___________磁场．
3．最大动能：由
qvB＝mrv2和
Ek＝12mv2
得
q2B2r2 Ek＝___2_m______，
当 r＝R 时，有最大动能 Ekm＝q22Bm2R2(R 为 D 形盒的半径)，
即粒子在回旋加速器中获得的最大动能与 q、m、B、R 有关，
与加速电压无关．
质谱仪的工作原理 学案导引 1．质谱仪由哪些部分构成？ 2．质谱仪是如何测量带电粒子的质量的？
解析：粒子在加速电场被加速，有 qU＝12mv2，然后粒子进 入磁场中发生偏转，其轨道为半圆，故有x2＝mqBv.由以上二 式可解得：m＝qB8U2x2.若粒子束为同位素，q 相同，则 x 越 大，m 越大；若 x 相同，则粒子束比荷mq 一定相同．正确 选项为 D.
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
教科版高中物理选修3-1：《洛伦兹力的应用》教案-新版3.5 洛伦兹力的应用（3课时）【教学目的】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，并用于解决实际问题。
3.能通过定圆心，求半径，算圆心角的过程利用平几知识解决磁场中不完整圆周运动的问题。
4.了解带电粒子在磁场中偏转规律在现代科学技术中的应用。
（如质谱仪、回旋加速器等，了解我国在高能物理领域中的科技发展状况。
5.能应用所学知识解决电场、磁场和重力场的简单的综合问题，如速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计等。
其中（1）~（2）为第1课时，（3）~（4）为第2课时，（5）为第3课时。
【教学重点】掌握运动电荷在磁场中圆周运动的半径和周期的计算公式以及运用公式分析各种实际问题。
【教学难点】理解粒子在匀强磁场中的圆周运动周期大小与速度大小无关。
【教学媒体】洛仑兹力演示仪/回旋加速器FLASH/质谱仪图片。
【教学安排】【新课导入】上节课我们学习讨论了磁场对运动电荷的作用力──洛仑兹力，下面请同学们确定黑板上画的正负电荷所受洛仑兹力的大小和方向（已知匀强磁场B、正负电荷的q、m、v．）．通过作图，我们再一次认识到，洛仑兹力总是与粒子的运动方向垂直．所以洛仑兹力对带电粒子究竟会产生什么影响？这样一来粒子还能做直线运动吗？——改变速度的方向，但不变速度大小，所以如果没有其他力的作用，粒子将做曲线运动。
那么粒子做什么曲线运动呢？是不是向电场中一样的平抛运动？——不是，平抛必须是恒力作用下的运动，象匀强电场中的电场力或重力，但洛仑兹力会随速度的方向改变而改变，是变力。
板书（课题）：带电粒子在磁场中的运动．【新课内容】1.带电粒子在磁场中的运动规律研究带电粒子在磁场中的运动规律应从哪里着手呢？我们知道，物体的运动规律取决于两个因素：一是物体的受力情况；二是物体具有的速度，因此，力与速度就是我们研究带电粒子在磁场中运动的出发点和基本点．黑板上画的粒子，其速度及所受洛仑兹力均已知，除洛仑兹力外，还受其它力作用吗？严格说来，粒子在竖直平面内还受重力作用，但通过上节课的计算，我们知道，在通常情况下，粒子受到的重力远远小于洛仑兹力，所以，若在研究的问题中没有特别说明或暗示，粒子的重力是可以忽略不计的，因此，可认为黑板上画的粒子只受洛仑兹力作用．为了更好地研究问题，我们今天来研究一种最基本、最简单的情况，即粒子垂直射入匀强磁场，且只受洛仑兹力作用的运动规律．下面，我们从洛仑兹力与速度的关系出发，研究粒子的运动规律，洛仑兹力与速度有什么关系呢？第一、洛仑兹力和速度都与磁场垂直，洛仑兹力和速度均在垂直于磁场的平面内，没有任何作用使粒子离开这个平面，因此，粒子只能在洛仑兹力与速度组成的平面内运动，即垂直于磁场的平面内运动．第二、洛仑兹力始终与速度垂直，不可能使粒子做直线运动，那做什么运动？——匀速圆周运动，因为洛仑兹力始终与速度方向垂直，对粒子不做功，根据动能定理可知，合外力不做功，动能不变，即粒子的速度大小不变，但速度方向改变；反过来，由于粒子速度大小不变，则洛仑兹力的大小也不变，但洛仑兹力的方向要随速度方向的改变而改变，因此，带电粒子做匀速圆周运动，所需要的向心力由洛仑兹力提供．分析推理得出的结果是否正确呢？最好的方法就是用实验来验证．教师介绍洛仑兹力演示仪的构造、原理，然后操作演示不加磁场和加磁场两种情况下，电子射线的径迹．从演示中，同学们观察到的现象是什么？——在不加磁场的情况下，电子射线的径迹是直线；在加垂直于速度的匀强磁场情况下，电子射线的径迹是圆．这就证明了上述的分析、推理是正确的，到此，我们就可下结论了：带电粒子垂直射入匀强磁场，在只受洛仑兹力作用的情况下，粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动。
既然粒子是做匀速圆周运动，那么它的圆心在哪里？半径有多大？周期是多少呢？这就是我们要进一步讨论的问题，从前面的分析中，你知道该如何确定粒子做匀速圆周运动的圆心吗？——在洛仑兹力作用线的交点上．板书：圆心：洛仑兹力作用线的交点．半径、周期应怎样确定？根据做匀速圆周运动的基本条件，洛仑兹力可提供所需的向心力，由此可确定半径、周期．由f=qvB=mv2/r 可以推出r=mv/qB，即半径与速度大小正比，与B成反比，这一规律可用实验来验证．演示实验——改变洛仑兹力演示仪的加速电压（即改变速度大小）和磁场电流（即改变磁感应强度的大小），定性验证r与v、B的关系．由圆周运动的周期表达式可以知道：T=2πr/v=2πm/qB。
因此周期与速度和半径无关。
这是一个非常重要的规律，遗憾的是我们无法用实验验证它，因为粒子太小，且运动的时间实在是太快了，我们的实验精度无法测量。
但对这个规律必须有一个正确的理解．凭经验我们知道，跑步比赛时，跑得越快经历的时间就越短．为什么带电粒子在磁场中运动的时间与v、r无关呢？它与跑步比赛有何不同呢？——跑步比赛时，跑的是大小相等的圈，速率越大，时间就越短．而粒子在磁场中运动的圆大小是随速率的增大而增大的．从半径公式可知：速率增大一倍，半径也增大一倍，圆周长也增大一倍，所以周期不变，因此带电粒子在磁场中的运动周期与v、r无关．2.粒子不是垂直射入磁场和粒子进入非匀强磁场的问题．①如果粒子是平行于磁场入射，将做什么运动？——匀速直线运动。
例：一带电粒子在匀强磁场中.沿着磁感应强度的方向运动，现将该磁场的磁感应强度增大1倍，则带电粒子受到的洛伦兹力( ).A．增大为原来的2倍B．增大为原来的4倍C．减小为原来的一半D．保持原来的情况不变②如果粒子是既不平行也不垂直的进入匀强磁场，又将做什么运动？——请大家用分解的思路来进行分析。
——得出粒子将做匀速螺旋线的运动。
③如果粒子进入了非匀强的磁场区域，又该做什么样的运动。
例：初速度为v0的电子，沿平行于通电长直导线的方向射出。
直导线中电流方向与电子的初始运动方向如图所示，则( ).（要求画出电子的大概轨迹）A.电子将向右偏转，速率不变B．电子将向左偏转，速率改变C．电子将向左偏转，速率不变D．电子将向右偏转，速率改变3.带电粒子在磁场中运动的规律在生活和生产中的实际应用——主要通过例题来引导学生理解一般粒子的速度是通过电压加速获得的，下面我们在黑板图上加一个加速电压．要使带正电的粒子加速，则哪板接正极，哪板接负极？——左板接正，右板接负．若加速电压为U，粒子带电量为q，质量为m，匀强磁场磁感强度为B．大致画出正粒子在磁场中的运动轨迹、圆心位置，求出半径大小．（学生练习，教师巡视，学生回答，画出正粒子的运动轨迹）可得：从这个公式中有什么发现吗？——只要测出加速电压、磁感强度及偏转半径，就可测定粒子的电量和质量比．我们把粒子的电量和质量比叫做粒子的荷质比，质谱仪就是利用这个原理来测定粒子的荷质比的，很多同位素就是在质谱仪中首先被发现的．例：如图所示，在y ＜0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于xOy 平面并指向纸面外，磁感应强度为B ，一带正电的粒子以速度v 0从O 点射入磁场，入射方向在xOy 平面内，与x 轴正向的夹角为θ.若粒子射出磁场的位置与O 点距离为1，求该粒子的电量和质量之比q/m.(2001年全国高考试题)答案:lB sin 2v 0例：如图，在两长为L ，间距为d 的平行板之间有匀强磁场B ，一个电子从a 板的边缘以平行于板的速度垂直进入磁场区域，求要使粒子不打在板上，求粒子的速度范围和在板间运动的时间。
——通过以上两道例题使学生了解求解磁场中圆周运动的方法是要定圆心、求半径、算圆心角。
定圆心可通过圆心必定在与速度垂直的线上，必定在圆周两点的垂直平分线上。
求半径可利用三角函数，也可利用勾股定理。
4. 介绍回旋加速器的工作原理在现代物理学中，人们为探索原子核内部的构造，需要用能量很高的带电粒子去轰击原子核，如何才能使带电粒子获得巨大能量呢？如果用高压电源形成的电场对电荷加速，由于受到电源电压的限制，粒子获得的能量并不太高．美国物理学家劳伦斯于1932年发明了回旋加速器，巧妙地利用较低的高频电源对粒子多次加速使之获得巨大能量，为此在1939年劳伦斯获诺贝尔物理奖．那么回旋加速器的工作原理是什么呢？教师讲解回旋加速器的原理，其间应使学生明白下面两个问题：（1）在狭缝A′A′与AA之间，有方向不断做周期变化的电场，其作用是当粒子经过狭缝时，电源恰好提供正向电压，使粒子在电场中加速．狭缝的两侧是匀强磁场，其作用是当被加速后的粒子射入磁场后，做圆运动，经半个圆周又回到狭缝处，使之射入电场再次加速．（2）粒子在磁场中做圆周运动的半径与速率成正比，随着每次加速，半径不断增大，而粒子运动的周期与半径、速率无关，所以每隔相同的时间（半个周期）回到狭缝处，只要电源以相同的周期变化其方向，就可使粒子每到狭缝处刚好得到正向电压而加速．缝狭窄的原因是粒子每次过狭缝的时间是变化的，距离短可以使经过缝中电场的时间短到可以忽略不计。
（3）对给定的粒子和磁场而言，粒子的最大速度取决于D型盒的大小。
最大半径即为D型盒的半径。
但不能无限制的增大D型盒来获得高速度，因为速度太大时，粒子的运动已不能遵循牛顿运动定律来计算周期和半径，而是具有相对论的特征。
例：——前一道是以掌握磁场圆周运动的周期即为电压变化周期为目标；通过后一道题掌握D型盒的半径就是粒子运动的最大半径，对应粒子加速的最大速度。
阅读课本了解回旋加速器的作用以及其在现代科技中的应用。
知道我国在高能物理领域的成就。
5.速度选择器的工作原理——从本题开始过渡到粒子不仅受磁场力的复合场问题。
提问：①带电粒子（带正电）q以速度v垂直进入匀强电场，受电场力作用，运动方向将发生偏转，如图2所示．若在匀强电场范围内再加一个匀强磁场，使该带电粒子的运动不偏转，求所加匀强磁场的方向和磁感应强度的大小．引导学生利用所学知识自己分析得出结论．分析：①电荷进入电场，受垂直向下的电场力作用而偏转，若使它不发生偏转，电荷受所加磁场的洛仑兹力方向一定与电场力方向相反，根据左手定则和洛仑兹力方向确定磁场方向：垂直纸面、背向读者，如图3所示．因为F=f，所以有qE=qBv，如果我们在该装置前后各加一块挡板，让电量相同的不同速度的带电粒子从前边挡板中小孔射入，经过匀强电场和磁场，只有其运动速度刚好满足f洛=F安的粒子运动轨迹不发生偏转，从第二块挡板上小孔中射出．改变匀强电场或匀强磁场的大小，就可以得到不同速度的带电粒子．这个装置就叫做速度选择器．由上面的关系很容易推导出通过速度选择器的带电粒子速度大小v=E/B。