运动电荷在磁场中受到的力教学设计

高中物理教学设计
选修3-1第三章第5节《运动电荷在磁场中受到的力》
17号选手
2016年10月27日教师格言：因材施教、教学相长
第三章磁场
3.5 磁场对运动电荷的作用力
★新课标要求
（一）知识与技能
1、知道什么是洛伦兹力。

2、利用左手定则会判断洛伦兹力的方向。

3、知道洛伦兹力大小的推理过程。

4、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。

5、理解洛伦兹力对电荷不做功。

6、了解电视机显像管的工作原理。

（二）过程与方法
通过洛伦兹力大小的推导过程进一步培养学生的分析推理能力。

（三）情感、态度与价值观
让学生认真体会科学研究最基本的思维方法：“推理—假设—实验验证”★教学重点
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。

★教学难点
1、理解洛伦兹力对运动电荷不做功。

2、洛伦兹力方向的判断。

★教学方法
实验观察法、讲述法、分析推理法
★教学用具：
电子射线管、电源、磁铁、投影仪、投影片
一、引入新课
教师：让全体同学
1,观看东方卫视的极光视频，
2、观看磁场对示波器图像的影响。

［演示实验］用阴极射线管研究磁场对运动电荷的作用。

如图3.5-1
教师：说明电子射线管的原理：
从阴极发射出来电子，在阴阳两极间的高压作用下，使电子
加速，形成电子束，轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以
显示电子束的运动轨迹。

学生：观察实验现象。

实验结果：在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将蹄形磁
铁靠近阴极射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。

学生分析得出结论：磁场对运动电荷有作用。

二、进行新课
1、洛伦兹力的方向
教师讲述：通电导线在磁场中所受到的力叫安培力，电荷的定向移动形成电流，运动电荷在磁场中受到的作用力称为洛伦兹力，
推理和猜想：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问题：安培力的方向用左手定则判定，那么洛伦兹力的方向能不能也用左手定则来判定呢？
实验验证：（投影）
学生观察
结论：洛伦兹力的方向也用左手定则来判定
左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，
并且都和手掌在一个平面内，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向正电荷运动的方向，那么，大拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。

如果运动的是负电荷，则四指指向负电荷运动的反方向，那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。

回到导学案：
［投影片出示练习题］
（1）试判断下图中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向。

甲乙丙丁
学生解答：
甲中正电荷所受的洛伦兹力方向向上； 乙中负电荷所受的洛伦兹力方向向上；
丙中正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸内； 丁中负电荷所受的洛伦兹力的方向垂直于纸面指向纸外
2、洛伦兹力的大小
教师：现在我们来研究洛伦兹力的大小。

思考与讨论：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。

①，求导线中自由电荷的总数和总电量？
N=SLn Q=qN=qsLn
②、导线中的自由电荷以速度为V 做定向运动形成电流。

求自由电荷从导线一端运动到另一端的时间？通过导线的电流？
③、求导线受到的安培力大小？根据F=Nf,求出导线中每个自由电荷受到的洛伦兹力f ？
L
t=
V
=nqvs Q
=
t
I =B(nqvs)L=BNqv
F=B L I =qvB F
=
f N
结论：洛伦兹力的大小
①当v⊥B时,f = qvB
②当v∥B (V=0)时，f = 0（电荷不受洛仑兹力作用）
③当v与B之间有一定夹角θ时，f= q v B sin θ
思考与讨论：图为地磁场的分布图，地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在赤道和两极哪里强？
地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在赤道附近最强，两极地区最弱
思考：你能解释为什么极光只在两极出现了吗？
学生用左手定则解释
3. 洛伦兹力的特点
（1）、洛伦兹力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于速度方向，即垂直于磁场和速度所组成的平面。

（2）、洛伦兹力对电荷不做功，即不改变速度的大小，只改变速度的方向。

4、电视机显像管的工作原理
思考与讨论：
1）．若要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上的Ａ点，偏转磁场应该沿什么方向？
2）．若要使电子束打在Ｂ点，磁场应该沿什么方向？
3）．若要使电子束打在荧光屏上的位置由Ｂ逐渐向Ａ点移动，偏转磁场应该怎样变化？
演示自制动画：帮助学生了解电视机显像管工作原理
小结：
1、洛伦兹力的方向
2、洛伦兹力的大小
3、洛伦兹力的特点
4、电视机显像管的工作原理
三、课后练习
四、板书设计
运动电荷在磁场中受到的力—洛伦兹力
1、洛伦兹力的方向：用左手定则判定
2、洛伦兹力的大小：
①当v⊥B时,f = qvB
②当v∥B (V=0)时，f = 0（电荷不受洛仑兹力作用）
③当v与B之间有一定夹角θ时，f= q v B sin θ
3、洛伦兹力的特点：洛伦兹力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于速度方向，洛伦兹力不做功
4、电视机显像管的工作原理
五、教学反思
投影片出示练习题：
练习1、电子的速率v=3×106m/s，垂直射入B=0.10 T的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？
学生分析求解，教师巡回指导：
f=qvB=1.60×10-19×3×106×0.10=4.8×10-14 N
练习2、来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将_______
A．竖直向下沿直线射向地面B．相对于预定地面向东偏转
C．相对于预定点稍向西偏转D．相对于预定点稍向北偏转
学生分析解答：B。

地球表面地磁场方向由南向北，质子是氢原子核带正电，根据左手定则可判定，质子自赤道上空竖直下落过程中受洛伦兹力方向向东。

2、电视显像管的工作原理
教师：引导学生阅读教材相关内容，思考并回答问题。

电子束是怎样实现偏转的？
在图3.5－4中，如图所示：
（1）要是电子打在A点，偏转磁场应该沿什么方向？
（2）要是电子打在B点，偏转磁场应该沿什么方向？
（3）要是电子打从A点向B点逐渐移动，偏转磁场应该怎样变化？
学生：思考并回答问题：
（1）要是电子打在A点，偏转磁场应该垂直纸面向外
（2）要是电子打在B点，偏转磁场应该垂直纸面向里
（3）要是电子打从A点向B点逐渐移动，偏转磁场应该先垂直纸面向外并逐渐减小，然后垂直纸面向里并逐渐增大。

教师：电子打在荧光屏上只能有一个亮点，为什么整个荧光屏都能发光能？
学生阅读教材，进一步了解显像管的工作过程。

（三）课堂总结、点评
教师活动：让学生概括总结本节的内容。

请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。

学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。

点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。

教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。

（四）实例探究
☆洛伦兹力的方向
【例1】关于带电粒子所受洛伦兹力F和磁感应强度B及粒子速度v三者之间的关系，下列说法中正确的是
A．F、B、v三者必定均保持垂直
B．F必定垂直于B、v，但B不一定垂直于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B
解析：根据左手定则，洛伦兹力垂直于B，也垂直于v，垂直于B与v所决定的平面，但B与v不一定垂直.
答案：B
【例2】如图所示的是磁感应强度B、正电荷速度v和磁场对电荷的作用力F 三者方向的相互关系图（其中B垂直于F与v决定的平面，B、F、v两两垂直）。

其中正确的是
答案：D
☆洛伦兹力的大小
【例3】如图所示，匀强磁场方向水平向里，匀强电场方向竖直向下，有一正离子恰能沿直线从左向右水平飞越此区域。

则
A．若电子从右向左飞入，电子也沿直线运动
B．若电子从右向左飞入，电子将向上偏转
C．若电子从右向左飞入，电子将向下偏转
D．若电子从左向右飞入，电子也沿直线运动
解析：若电子从右向左飞入，电场力向上，洛伦兹力也向上，所以上偏，B 正确；若电子从左向右飞入，电场力向上，洛伦兹力向下。

由题意，对正电荷qE=Bqv，与q无关，所以对电子二者也相等，所以电子从左向右飞，做匀速直线运动.
答案：BD
【例4】一个长螺线管中通有电流，把一个带电粒子沿中轴线方向射入（若不计重力影响），粒子将在管中
A．做圆周运动B．沿轴线来回运动
C．做匀加速直线运动D．做匀速直线运动
解析：通电长螺线管内部的磁场方向始终与中轴线平行，带电粒子沿磁场方向运动时，不受洛伦兹力，所以一直保持原运动状态不变，正确答案是D。

答案：D
★课余作业
完成P103“问题与练习”第1、2、5题。

书面完成第3、4题。

★教学体会
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。

学生素质的培养就成了镜中花，水中月。

（2）电流是如何形成的？
学生：电荷的定向移动形成电流。

教师：磁场对电流有力的作用，电流是由电荷的定向移动形成的，大家会想到什么？
学生：这个力可能是作用在运动电荷上的，而安培力是作用在运动电荷上的力的宏观表现。