磁场对运动电荷的作用(教案)

磁场对运动电荷的作用力
鄱阳县第二中学：***
★新课标要求
（一）知识与技能
1、知道什么是洛伦兹力，理解安培力和洛伦兹力的关系。

2、知道洛伦兹力产生条件，会用左手定则判定洛伦兹力的方向。

3、知道洛伦兹力大小的推理过程。

4、应用公式F=qvBsinθ解答有关问题。

5、应用洛伦兹力有关知识解释生产生活中有关的一些问题。

（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：“对比—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
★教学过程
（一）引入新课：同学们，我们首先来观看一下神奇而有美丽的极光。

播放《美丽的极光》影片。

师：你们知道极光一般出现在什么地方吗？
生：两极等高纬度地区。

师：为什么极光不能在赤道等低纬度地区出现呢？
生：学生好奇。

师：我们通过这一节课的学习就将知道为什么极光这美丽而又神秘的面纱，这就是磁场对运动电荷的作用力 （板书标题）
一、洛伦兹力（板书）
师：我们在上一节中学习了磁场对通电导线的作用力，即安培力的大小和方向。

生：大小θsin qvB F =，方向：左手定则
师：磁场对通电的导线才有作用力，那么这个作用就与电流有关，那么电流是如何形成的呢？
生：电荷的定向移动形成的
师：由上述的两个问题你可以想到什么？
生：磁场对通电导线的安培力可能是作用在大量运动电荷的作用力的宏观表现，也就是说磁场可能对运动电荷有力的作用。

师：很好。

磁场对运动电荷究竟有没有作用力，我们口说无凭，能否通过实验来验证一下呢？
实验验证
师：要验证磁场对运动电荷是否有作用力，我们不仅需要一个磁场（展示蹄形磁铁），还需要运动电荷。

那么运动电荷怎么得到呢？
展示：阴极射线管（结合视频材料）
介绍：阴极射线管的玻璃管内已经抽成真空，当左右两个电极按标签上的极性接上高压电源时，阴极会发射电子。

在电场的加速下飞向阳极，电子束掠射到荧光板上，显示出电子束的轨迹。

演示：没有磁场时电子束是一条直线。

用一个蹄性磁铁在电子束的路径上加磁场，尝试不同方向的磁场对电子束径迹的不同影响，直至出现电子束在磁场中偏转。

结论：磁场对运动电荷的确有作用力，我们把这一个作用力命名为洛伦兹力。

（板书）运动电荷在磁场中受到的作用力叫做洛伦兹力，安培力是洛伦兹力的宏观表现。

二：洛仑兹力的方向（板书）
师：作为一种力，洛伦兹力是有方向的，那么，我们怎样来确定它的方向呢？
引导学生：既然安培力是洛伦兹力的宏观表现，那么洛伦兹力的方向是不是可以根据安培力的方向判断方法来判断呢？
生：可以，因为运动的电荷可看成等效电流。

师：很好，我们知道电流的方向是:规定正电荷移动的方向规定为电流的方向，那么正电荷所受力的方向就应该与电流的所受力的方向一样。

那么我们怎么判断呢？
生：用左手定则判断
正电荷运动的方向与电流的方向相同，负电荷运动的方向与电流的方向相反。

总结：（板书）
1.左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向，这时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。

2.负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反。

深化
师：刚才，我们在判定洛伦兹的方向时，我们注意到电荷运动方向、磁场的方向、洛伦兹力的方向具有三维关系。

为了帮助同学们更好地把握它们之间的关系，下面我们运用三维图再来分析一下洛伦兹力和电荷运动方向、磁场方向的关系。

师：甲图我们可以用左手定则判断，乙图中磁场方向与电荷运动方向不垂直时，怎么办？
生：分解速度…（结合动画）
师：通过这两幅三维图，你能总结一下F、B、V三者之间的方向关系？
生：F与B始终垂直、F与V始终垂直，而B与V不一定垂直。

（板书）
练习
师：试判断带电粒子刚进入磁场时所受到的洛伦兹力的方向。

三：洛仑兹力的大小（板书）
1．问题
师：刚才我们研究了洛伦兹力的方向，那么洛伦兹力大小等于多少呢？
2．思路
师：我们能否根据已有的知识，从理论上进行推导呢？
生：根据安培力和洛伦兹力的关系。

3．建模
师：这就需要我们建立一个模型。

而模型的建立，我们总是选择简单的，所以：
磁场：匀强磁场
电流：通以恒定电流的直导线，并与磁场垂直
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，求
（1）通电导线中的电流
（2）通电导线所受的安培力
（3）这段导线内的自由电荷数
（4）每个电荷所受的洛伦兹力
选择具有代表性的同学，把他的推导过程用实物投影仪展示到大屏幕上，再请这位同学简叙推导过程。

最后总结：(板书) 通电导线中的电流nqSv t
Q I ==
通电导线所受的安培力BnqSvL BIL F ==安 这段导线内的自由电荷数nSL N =
每个电荷所受的洛伦兹力qvB F =
师：我们刚刚推导出的公式qvB F =的适用条件是什么？
生：当电荷q 以速度v 垂直进入磁感应强度为B 的磁场中，它所受的洛仑兹力qvB F = 推广：
师：当运动电荷的方向与磁场的方向夹角为θ时，电荷所受的洛伦兹力怎么求？
生：分解速度…
结合动画分析，得出结论：θsin qvB F =
例题：某带电粒子的电量为C q 1410
-=,以速率s m v /106=射入T B 210-=的匀强磁
场中，求它受到的洛伦兹力F 多大？
四：洛伦兹力的特点：
1．洛伦兹力的方向既垂直于磁场，又垂直于速度，即垂直于v 和B 所组成的平面．
2．洛伦兹力对电荷不做功，只改变速度的方向，不改变速度的大小．
应用
1.电视机实验
介绍：电视机屏幕要显示出图象，必须要有电子打到荧光屏的各个地方上。

那么，电子从哪里来呢？显象管的电子枪能产生大量的高速运动的电子──电子束。

但是电子都沿同一个方向运动，有什么办法可以使电子打到荧光屏的各个地方呢？
生：加一水平的偏转磁场。

思考：该怎么加才能使电子打到荧光屏上的A 点呢？若要打到B 点呢？若要使电子打到荧光屏的位置从B 点逐渐向A 点移动呢？
生：向外、向内、向内减弱至向外增强。

师：这样，在电视机屏幕上就有光点从左边移动到右边，这在电视技术中叫做行扫描。

但是，实际的电视应该电子束打到荧光屏的整个面，而不是一条线，我们该怎么办呢？
生：加一竖直的偏转磁场。

师：这在电视技术中叫做场扫描。

如果场扫描和行扫描同时进行，想象一下，光点的运动情况会是怎么样的呢？
动画：扫描（场扫描：50场/秒，所以我们感到整个荧光屏都在发光）
2．极光现象
问题：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的。

为什么在赤道却从来没有它的身影呢？
生：解释垂直射向赤道（向东偏转）和两极（长驱直入）的正电荷，并得出结论。

师：至于有的时候高纬度地区也有极光出现，有兴趣的同学课后可以通过上网等方式查阅。

地磁场使得在赤道等低纬度地区没有极光的身影，这的确是一种遗憾，但是，也正因为地磁场的存在，使我们人类的生产生活免遭宇宙高能粒子的伤害。

师：现在，我们明白了上课开始时那个美丽有神秘的极光现象吗？
板书设计：
磁场对运动电荷的作用
一 磁场对运动电荷的作用力
运动电荷在磁场中受到的作用力叫做洛伦兹力，安培力是洛伦兹力的宏观表现。

二 洛伦兹力的方向──左手定则
三 洛仑兹力的大小
1、当运动电荷q 以速度v 垂直进入磁感应强度为B 的磁场中，它所受的洛仑兹力qvB F =
2、当运动电荷的方向与磁场的方向夹角为θ时， 我们可以分解速度，它所受的洛仑兹力θsin qvB F =
四 洛伦兹力的特点
1．洛伦兹力的方向既垂直于磁场，又垂直于速度，即垂直于v 和B 所组成的平面．
2．洛伦兹力对电荷不做功，只改变速度的方向，不改变速度的大小．。