[選修3-1]3.5磁場對運動電荷的作用

1、普通高中課程標準實驗教科書物理選修31人教版 第三章 磁 場3.5 磁場對運動電荷的作用力新課標要求（一）知識與技能1、知道什么是洛倫茲力。2、利用左手定則會判斷洛倫茲力的方向。3、知道洛倫茲力大小的推理過程。4、掌握垂直進入磁場方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計算。5、理解洛倫茲力對電荷不做功。6、了解電視機顯像管的工作原理。（二）過程與方法通過洛倫茲力大小的推導過程進一步培養(yǎng)學生的分析推理能力。（三）情感、態(tài)度與價值觀讓學生認真體會科學研究最基本的思維方法：“推理假設實驗驗證”教學重點1、利用左手定則會判斷洛倫茲力的方向。2、掌握垂直進入磁場方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計算。教學難

2、點1、理解洛倫茲力對運動電荷不做功。2、洛倫茲力方向的判斷。教學方法實驗觀察法、講述法、分析推理法教學用具：電子射線管、電源、磁鐵、投影儀、投影片教學過程（一）引入新課教師：（復習提問）前面我們學習了磁場對電流的作用力，下面思考兩個問題：（1）如圖，判定安培力的方向 學生上黑板做，解答如下： 若已知上圖中：B=4.0×10-2 T，導線長L=10 cm，I=1 A。求：導線所受的安培力大??？學生解答：F=BIL=4×10-2 T×1 A×0.1 m=4×10-3 N答：導線受的安培力大小為4×10-3 N。（2）電流是如何形成的？學生

3、：電荷的定向移動形成電流。教師：磁場對電流有力的作用，電流是由電荷的定向移動形成的，大家會想到什么？學生：這個力可能是作用在運動電荷上的，而安培力是作用在運動電荷上的力的宏觀表現(xiàn)。演示實驗用陰極射線管研究磁場對運動電荷的作用。如圖3.5-1教師：說明電子射線管的原理：從陰極發(fā)射出來電子，在陰陽兩極間的高壓作用下，使電子加速，形成電子束，轟擊到長條形的熒光屏上激發(fā)出熒光，可以顯示電子束的運動軌跡。學生：觀察實驗現(xiàn)象。實驗結果：在沒有外磁場時，電子束沿直線運動，將蹄形磁鐵靠近陰極射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運動軌跡發(fā)生了彎曲。學生分析得出結論：磁場對運動電荷有作用。（二）進行新課1、洛倫茲力的方向和大小教師

4、講述：運動電荷在磁場中受到的作用力稱為洛倫茲力。通電導線在磁場中所受安培力實際是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。我們用安培定則判斷安培力的方向，因此可以用安培定則判斷洛倫茲力的方向。（投影）左手定則：伸開左手，使大拇指跟其余四個手指垂直，并且都和手掌在一個平面內，讓磁感線垂直穿入手心，并使伸開的四指指向正電荷運動的方向，那么，大拇指所指的方向就是運動的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向。如果運動的是負電荷，則四指指向負電荷運動的反方向，那么拇指所指的方向就是負電荷所受洛倫茲力的方向。投影片出示練習題（1）試判斷下圖中所示的帶電粒子剛進入磁場時所受的洛倫茲力的方向。 甲 乙 丙 丁學生解答：甲中正電荷所受的洛

5、倫茲力方向向上；乙中負電荷所受的洛倫茲力方向向上；丙中正電荷所受的洛倫茲力方向垂直于紙面指向紙內；丁中負電荷所受的洛倫茲力的方向垂直于紙面指向紙外教師：下面我們來討論B、v、F三者方向間的相互關系。如圖所示。學生：F總垂直于B與v所在的平面。B與v可以垂直，可以不垂直。教師：現(xiàn)在我們來研究洛倫茲力的大小。若有一段長度為L的通電導線，橫截面積為S，單位體積中含有的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電量為q，定向移動的平均速率為v，將這段導線垂直于磁場方向放入磁感應強度為B的磁場中。教師：這段導體所受的安培力為多大？學生：F安=BIL教師：電流強度I的微觀表達式是什么？學生：I的微觀表達式為I=nqS

6、v教師：這段導體中含有多少自由電荷數(shù)？學生：這段導體中含有的電荷數(shù)為nLS。教師：每個自由電荷所受的洛倫茲力大小為多大？學生：安培力可以看作是作用在每個運動上的洛倫茲力F的合力，這段導體中含有的自由電荷數(shù)為nLS，所以教師：當運動電荷的速度v方向與磁感應強度B的方向不垂直時，設夾角為，則電荷所受的洛倫茲力大小為多大？學生：教師指出：上式中各量的單位：為牛（N），q為庫倫（C），v為米/秒（m/s），B為特斯拉（T）思考與討論：同學們討論一下帶電粒子在磁場中運動時，洛倫茲力對帶電粒子是否做功？說明理由。教師引導學生分析得：洛倫茲力的方向垂直于v和B組成的平面即洛倫茲力垂直于速度方向，因此，洛倫茲

7、力只改變速度的方向，不改變速度的大小，所以洛倫茲力對電荷不做功。投影片出示練習題：練習1、電子的速率v=3×106 m/s，垂直射入B=0.10 T的勻強磁場中，它受到的洛倫茲力是多大？學生分析求解，教師巡回指導：f=qvB=1.60×10-19×3×106×0.10=4.8×10-14 N練習2、來自宇宙的質子流，以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點，則這些質子在進入地球周圍的空間時，將_A豎直向下沿直線射向地面B相對于預定地面向東偏轉C相對于預定點稍向西偏轉D相對于預定點稍向北偏轉學生分析解答：B。地球表面地磁場方向由南向北

8、，質子是氫原子核帶正電，根據(jù)左手定則可判定，質子自赤道上空豎直下落過程中受洛倫茲力方向向東。2、電視顯像管的工作原理教師：引導學生閱讀教材相關內容，思考并回答問題。電子束是怎樣實現(xiàn)偏轉的？在圖3.54中，如圖所示：（1）要是電子打在A點，偏轉磁場應該沿什么方向？（2）要是電子打在B點，偏轉磁場應該沿什么方向？（3）要是電子打從A點向B點逐漸移動，偏轉磁場應該怎樣變化？學生：思考并回答問題：（1）要是電子打在A點，偏轉磁場應該垂直紙面向外（2）要是電子打在B點，偏轉磁場應該垂直紙面向里（3）要是電子打從A點向B點逐漸移動，偏轉磁場應該先垂直紙面向外并逐漸減小，然后垂直紙面向里并逐漸增大。教師：電

9、子打在熒光屏上只能有一個亮點，為什么整個熒光屏都能發(fā)光能？學生閱讀教材，進一步了解顯像管的工作過程。（三）課堂總結、點評教師活動：讓學生概括總結本節(jié)的內容。請一個同學到黑板上總結，其他同學在筆記本上總結，然后請同學評價黑板上的小結內容。學生活動：認真總結概括本節(jié)內容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結和自己的小結，看誰的更好，好在什么地方。點評：總結課堂內容，培養(yǎng)學生概括總結能力。教師要放開，讓學生自己總結所學內容，允許內容的順序不同，從而構建他們自己的知識框架。（四）實例探究洛倫茲力的方向【例1】關于帶電粒子所受洛倫茲力F和磁感應強度B及粒子速度v三者之間的關系，下列說法中正確的是

10、AF、B、v三者必定均保持垂直BF必定垂直于B、v，但B不一定垂直于vCB必定垂直于F、v，但F不一定垂直于vDv必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B解析：根據(jù)左手定則，洛倫茲力垂直于B，也垂直于v，垂直于B與v所決定的平面，但B與v不一定垂直.答案：B【例2】如圖所示的是磁感應強度B、正電荷速度v和磁場對電荷的作用力F三者方向的相互關系圖（其中B垂直于F與v決定的平面，B、F、v兩兩垂直）。其中正確的是答案：D洛倫茲力的大小【例3】如圖所示，勻強磁場方向水平向里，勻強電場方向豎直向下，有一正離子恰能沿直線從左向右水平飛越此區(qū)域。則A若電子從右向左飛入，電子也沿直線運動B若電子從右向左飛入，電子將向上偏轉C若電子從右向左飛入，電子將向下偏轉D若電子從左向右飛入，電子也沿直線運動解析：若電子從右向左飛入，電場力向上，洛倫茲力也向上，所以上偏，B正確；若電子從左向右飛入，電場力向上，洛倫茲力向下。由題意，對正電荷qE=Bqv，與q無關，所以對電子二者也相等，所以電子從左向右飛，做勻速直線運動.答案：BD【例4】一個長螺線管中通有電流，把一個帶電粒子沿中軸線方向射入（若不計重力影響），粒子將在管中A做圓周運動B沿軸線來回運動C做勻加速直線運動 D做勻速直線運動解析：通電長螺線管內部的磁場方向始終與中軸線平行，帶電粒子沿磁場