2022年高中物理 3-5 磁场对运动电荷的作用力教案 新人教版选修3-1

2022年高中物理 3-5 磁场对运动电荷的作用力教案 新人教版选修3-1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 学生上黑板做，解答如下： 若已知上图中：B=4.010-2 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=410-2 T1 A0.1 m=410-3 N答：导线受的安培力大小为410-3 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。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、洛伦兹力的方向和大小教师讲述：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教师：下面我们来讨论B、v、F三者方向间的相互关系。如图所示。学生：F总垂直于B与v所在的平面。B与v可以垂直，可以不垂直。教师：现在我们来研究洛伦兹力的大小。若有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q，定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中。教师：这段导体所受的安培力为多大？学生：F安=BIL教师：电流强度I的微观表达式是什么？学生：I的微观表达式为I=nqSv教师：这段导体中含有多少自由电荷数？学生：这段导体中含有的电荷数为nLS。教师：每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为多大？学生：安培力可以看作是作用在每个运动上的洛伦兹力F的合力，这段导体中含有的自由电荷数为nLS，所以教师：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，则电荷所受的洛伦兹力大小为多大？学生：教师指出：上式中各量的单位：为牛（N），q为库伦（C），v为米/秒（m/s），B为特斯拉（T）思考与讨论：同学们讨论一下带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力对带电粒子是否做功？说明理由。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。投影片出示练习题：练习1、电子的速率v=3106 m/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=1.6010-1931060.10=4.810-14 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3.54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。