3.5《探究洛伦兹力》教案
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3.4洛伦兹力
范波
教学目标
(一)知识与技能
1、通过实验,认识洛伦兹力。会判断洛伦兹力的方向,会计算洛伦兹力的大小。
2、理解洛伦兹力对运动电荷不做功。
3、了解速度选择器。
(二)过程与方法
通过观察电子束在磁场中的偏转研究洛伦兹力的方向,体验研究物理学的实验方法。
对比安培力与洛伦兹力,从理论上到处洛伦兹力公式,认识科学探究方法的多样性。
(三)情感、态度与价值观
由实验观察得知洛伦兹力的存在,培养实事求是的科学态度。
由理论推导得出洛伦兹力大小的公式,养成严密推理的科学作风。
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。
教学过程
(一)引入新课
教师:(复习提问)前面我们学习了磁场对电流的作用力,下面思考两个问题:(1)如图,判定安培力的方向
解答如下:
若已知上图中:B=4.0×10-2 T,导线长L=10 cm,I=1 A。求:导线所受的安培力大小?
学生解答:
F=BIL=4×10-2 T×1 A×0.1 m=4×10-3 N
答:导线受的安培力大小为4×10-3 N。
(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。
[演示实验]用阴极射线管研究磁场对运动电荷的作用。
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,将条形磁体靠近阴极射线管,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:运动电荷在磁场中受到的作用力称为洛伦兹力。通电导线在磁场中所受安培力实际是洛伦兹力的宏观表现。
我们用安培定则判断安培力的方向,因此可以用安培定则判断洛伦兹力的方向。
(投影)
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。
[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。
甲乙丙丁教师引导学生分析得:
洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面即洛伦兹力垂直于速度方向,因此,洛伦兹力只改变速度的方向,不改变速度的大小,所以洛伦兹力对电荷不做功。
2、洛伦兹力的大小
教师:现在我们来研究洛伦兹力的大小。
如图,以一根长为L,横截面积为S、通过的电流为I的导线为研究对象,请你完成如下问题:
(1)
设导线中单位体积内所含的自由电荷数为n ,每个电荷的电荷量为q ,电荷定向移动的平均速率为v ,如何计算通过导线的电流I ? (2)
设直线导线处在磁感应强度为B 的匀强磁场中,电流与磁场方向垂直,如何求出该段电流受到的安培力F ? (3)
如何计算该段导线中总的自由电荷数N ? (4) 若把安培力F 看作是作用在每个运动电荷上的洛伦兹力f 的矢量和,能求
出f 吗?
qvB nLS nqvSLB
nLS BIL
nLS F F ====安洛
教师:当运动电荷的速度v 方向与磁感应强度B 的方向不垂直时,设夹角为θ,则电荷所受的洛伦兹力大小为多大?
θsin qvB F =洛
教师指出:上式中各量单位:洛F 为牛(N ),q 为库伦(C ),v 为米/秒(m/s ),B
为特斯拉(T )
投影片出示课本例题并引导得出速度选择器原理。
3、带电粒子在磁场中的运动
F 洛=qvB=mv 2/R R=mv 2/qB
T=2πR/v=2πm/qB