粵教高中物理選修(1-1)第一章第六節(jié)《洛侖茲力初探》教案

1、2019最新粵教版高中物理選修（ 1-1）第一章第六節(jié)洛侖茲力初探教案六節(jié) 洛侖茲力初探1教學(xué)目標（ 1 ）經(jīng)歷實驗探究洛倫茲力方向的過程, 知道洛倫茲力的方向與電荷的運動方向和磁感應(yīng)強度的方向都垂直,會用左手定則判斷洛倫茲力的方向。（2）經(jīng)歷由安培力公式推導(dǎo)出洛倫茲力公式的過程, 由此體會磁場中通電導(dǎo)線所受的安培力實際上是運動電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。會計算洛倫茲力的大小。（ 3）知道電視顯像管的基本構(gòu)造以及它工作的基本原理。2 .教材分析與教學(xué)建議洛倫茲力的方向和大小是本節(jié)教材的重點,實驗結(jié)合理論探究洛倫茲力方向,再由安培力的表達式推導(dǎo)出洛倫茲力的表達式的過程是培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力的好機

2、會 ,一定要讓全體學(xué)生都參與這一過程。教材在思考與討論中提出的邏輯線索實質(zhì)上是為推導(dǎo)過程鋪設(shè)的臺階,教師也可以根據(jù)學(xué)生的實際情況靈活鋪設(shè)臺階,要讓不同層次的學(xué)生在討論中都有比較深刻的感受?！奥鍌惼澚Φ姆较蚺c帶電粒子的運動方向有什么關(guān)系？洛倫茲力對帶電粒子的速度有什么影響？洛倫茲力對帶電粒子做的功是多少？”教材提出這樣三個問題供學(xué)生思考與討論,是新課標教材重視“過程與方法”教學(xué)目標的體現(xiàn)。課堂教學(xué)中可以組織學(xué)生開展小組討論,然后通過交流發(fā)言得出正確結(jié)論。（ 1）洛倫茲力的方向演示實驗不僅能夠讓學(xué)生確信洛倫茲力的存在 ,而且可以通過實驗發(fā)現(xiàn)洛倫茲力的方向與磁場方向和電荷的運動方向都有關(guān)系 ,探究出

3、它們之間的關(guān)系能成為“安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)”的一個佐證。同時,這個演示實驗讓肉眼看不到的電子顯現(xiàn)出徑跡,讓學(xué)生可以親眼觀察磁場使電子徑跡發(fā)生彎曲的現(xiàn)象,可以大大激發(fā)起學(xué)生的好奇心和求知欲,甚至有的學(xué)生由此能樹立從事科學(xué)研究的人生志向。因此做好這個演示實驗十分重要。應(yīng)充分發(fā)揮演示實驗的作用,結(jié)合對安培力方向的復(fù)習(xí) ,使研究洛倫茲力方向的過程成為一個科學(xué)猜象、邏輯思維、實驗證實、歸納討論的過程。教學(xué)片段：根據(jù)磁場對電流有作用力而對未通電的導(dǎo)線沒有作用力 ,根據(jù)電流形成的知識分析提出猜想：磁場對電流作用力的實質(zhì)是磁場對運動電荷的作用力。介紹陰極射線管,演示陰極射線在磁場中的偏轉(zhuǎn)。此時學(xué)生的注意

4、力很可能停留在電子束的偏轉(zhuǎn)上,不會注意磁場的方向。要求學(xué)生上臺實驗，使陰極射線向上（或下）偏轉(zhuǎn)，讓學(xué)生思考磁場應(yīng)怎樣放置。或者不作具體要求直接讓有興趣的學(xué)生上臺來重復(fù)剛才的實驗 , 可能會看到不同的現(xiàn)象，比如因磁場上下方向使電子束前后方向偏轉(zhuǎn)而打不 到熒光板上等等，引導(dǎo)學(xué)生分析原因，引出洛倫茲力方向的判斷。根據(jù)前面對安培力實質(zhì)的猜想和安培力方向的判定法則，猜想洛倫茲力方向應(yīng)垂直于電荷運動方向和磁場方向，并用左手定則判斷。具體到實驗 中，要看到上下方向偏轉(zhuǎn)的電子束，磁場應(yīng)前后方向放置，并猜想電子束的偏 轉(zhuǎn)方向。實驗驗證，引導(dǎo)學(xué)生注意到左手定則判斷洛倫茲力方向是要注意電子束的運動方向與電流方向是相

5、反的。歸納洛倫茲力的方向。說明“安培力實際是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)”。與安培力的方向一樣，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力仍然是學(xué)好本節(jié)的關(guān)鍵。應(yīng) 幫助學(xué)生建立三維空間模型（必要時可借助一些實物工具如墻角、筆、尺等） , 充分發(fā)揮立體圖和各種剖面圖的作用。同時由于我們的習(xí)題和例題大多數(shù)是洛 倫茲力方向、電荷的運動方向、磁感應(yīng)強度方向是兩兩垂直的，應(yīng)該防止學(xué)生在解決實際問題時誤以為洛倫茲力方向、電荷的運動方向、磁感應(yīng)強度方向一定 是兩兩垂直的。可結(jié)合教材圖 3.5-2強調(diào)一一洛倫茲力的方向一定與電荷的運動 方向和磁感應(yīng)強度的方向都垂直，但電荷的運動方向與磁感應(yīng)強度方向可以成任 意角度。當(dāng)電荷的運動方向與磁感應(yīng)

6、強度方向垂直時 ，洛倫茲力最大，當(dāng)電荷的運 動方向與磁感應(yīng)強度方向平行時，洛倫茲力最小等于零。（2）洛倫茲力的大小教材”思考與討論”揭示了推導(dǎo)洛倫茲力大小計算公式的思路。先明確推 導(dǎo)的出發(fā)點：“安培力實際是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)一一即一段導(dǎo)線所受安培力 等于該段導(dǎo)線內(nèi)所有電荷定向移動所受洛倫茲力的合力”；其次建立推導(dǎo)的物 理模型：長為L的靜止的通電導(dǎo)線，它受到的安培力除以導(dǎo)線內(nèi)定向移動的帶電 粒子數(shù)目N （N=nLs）;再考慮推導(dǎo)的目標：洛倫茲力大小可能與哪些因素有關(guān) , 表達式中那些物理量不應(yīng)該出現(xiàn)，從而找到電流為I與帶電粒子運動速度v的數(shù) 量關(guān)系（I=nqvs）。抓住了上述線索，思考與討論就有

7、了方向，教師應(yīng)該根據(jù)學(xué)生 的討論進度適時進行點撥，讓學(xué)生體會推導(dǎo)的思維線索和邏輯過程，不僅知道“要 這樣做”，更知道“為什么這樣做"，避免教師或優(yōu)秀學(xué)生的“推導(dǎo)表演”。洛倫茲力的計算公式F=qvB是在導(dǎo)線與磁場垂直的情況下導(dǎo)出的，這一公式 僅適用于v-LB的情況，如果電荷的運動方向與磁場方向不垂直 ，應(yīng)該怎么處理？ 這個問題應(yīng)該由學(xué)生自己解決，也不必再增加一個公式F=qvBsin8。教材旁批由運動電荷所受的洛倫茲力出發(fā)來定義磁感應(yīng)強度（實際上有些 物理教材就是這樣定義磁感應(yīng)強度的，如新概念高中物理讀本），不僅拓展了學(xué)生的視野，更重要的是揭示了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)：把B =匕與E =上相比較

8、，它們都qv q是用比值的方法定義的物理量，但磁場只與運動的電荷有關(guān)；靜止的電荷只能產(chǎn) 生電場，而運動的電荷不僅產(chǎn)生電場而且產(chǎn)生磁場。可結(jié)合旁批讓學(xué)生對電場和 磁場、電場力和洛倫茲力作對比。洛倫茲力對運動電荷不做功是一個非常重要的結(jié)論，這一結(jié)論也應(yīng)該由學(xué)生 通過討論自己得出。(3)電視顯像管的工作原理新教材增加這部分內(nèi)容體現(xiàn)了物理知識與科學(xué)技術(shù)的聯(lián)系，這一類內(nèi)容都不必深究技術(shù)細節(jié)，重點是此技術(shù)中應(yīng)用了哪些物理原理。電視顯像管中，電子槍應(yīng)用了熱電子發(fā)射和加速電子的原理 ，偏轉(zhuǎn)線圈應(yīng)用 了磁場對運動電荷的洛倫茲力原理。判斷電子束的偏轉(zhuǎn)方向?qū)嶋H上是左手定則 的具體應(yīng)用，判斷時應(yīng)該要求學(xué)生把左手放到圖

9、 3.5-4上，由于運動的是電子，學(xué)生 判斷失誤的概率不小，正好利用這一情景強調(diào)左手的四指方向應(yīng)該與正電荷的運 動方向一致，四指方向應(yīng)與負電荷的運動方向相反。電子技術(shù)中的掃描應(yīng)用的物理原理是運動的合成，只要說明電子的水平分運 動是豎直方向的磁場控制的，電子的豎直分運動是水平方向的磁場控制的，其余細 節(jié)不必深究。3 .問題與練習(xí)(1)內(nèi)容分析本節(jié)的5道練習(xí)都圍繞洛倫茲力的大小和方向向展開，第1題是應(yīng)用左手定 則勺基本的練習(xí)，第2題是計算洛倫茲力大小的最基本練習(xí)。第3、第4題分別以速度選擇器和磁流體發(fā)電為背景，檢測學(xué)生應(yīng)用左手定則和洛倫茲力計算公 式的能力。第5題討論簡單的掃描問題。其中第 3、第

10、4題是重點習(xí)題，應(yīng)該特 別關(guān)注。(2)解答與說明1 .答：A圖中運動電荷所受洛倫茲力的方向在紙面內(nèi)向上；B圖中運動電荷所受洛倫茲力的方向在:，'， I ;紙面內(nèi)向下；c圖中運動叱：*3、 ： ：7y電荷所受洛倫茲力的方向-. . .垂直紙面指向讀者；D圖 AB”中運動電荷所受洛倫茲力的方向垂直紙面背離讀者。2 .答：由 F=qvB 可知,F=1.6X 1019 X 3.0 X 106X 0.10=4.8X10、。3 .答：能夠通過速度選擇器的帶電粒子必須作直線運動，而直線運動的帶電粒子是沿電場中的等勢面運動，靜電力對帶電粒子不做功，洛倫茲力對帶電粒子 不做功，所以粒子一定作勻速運動。洛

11、倫茲力與靜電力等大反向，qE=qvB,故E v 二 一。B還應(yīng)該帶領(lǐng)學(xué)生討論下列問題：(1)如果粒子所帶電荷變?yōu)樨撾姾?，仍從左?右入射，此裝置是否還能作為速度選擇器用？ ( 2)如果帶電粒子從右向左入射，此裝置是否能作為速度選擇器用？（3）如果把此裝置中的電場和磁場方向同時反向 ,此裝置是否可以作為速度選擇器用？如果可以則粒子應(yīng)該從哪個方向入射？4答：等離子體進入磁場 ,正離子受到的洛倫茲力的方向向下,所以正離子向B板運動，負離子向A板運動。（1） B板是發(fā)電機的正極。（2）在洛倫茲力的作用下,正負電荷會分別在B、 A 兩板上積聚,與此同時 A、 B 兩板間會因電荷的積聚而產(chǎn)生由 B 指向 A 的電場,這一電場對帶電粒子的靜電力與帶電粒子所受的洛倫茲力的方向相反。如果外電路斷開,當(dāng) qE=qvB 成立時,A、 B