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2019-2020年高中物理磁场对运动电荷的作用力教案4 新人教版选修3-1教学目标: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.了解v和B垂直时的洛伦兹力大小及方向判断.6.理解洛伦兹力对电荷不做功.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.洛伦兹力对带电粒子不做功.2.洛伦兹力方向的判断.教学方法:讲述法、分析推理法、讲练法教学用具:电子射线管、电源、磁铁、投影仪、投影片教学过程一、引入新课教师讲述前面我们学习了磁场对电流的作用力安培力.磁场对电流有力的作用,电流是由电荷的定向移动形成的,我们会想到: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.演示实验观察磁场是否对运动电荷有作用.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.实验结果在没有外磁场时,电子束沿直线运动,将蹄形磁铁靠近电子射线管,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、新课教学板书第四节 磁场对运动电荷的作用(一)洛伦兹力:运动电荷在磁场中受到的作用力.通电导线在磁场中所受安培力是洛伦兹力的宏观表现.过渡语运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用,那么洛伦兹力的方向如何判断呢?问题如图1.判定安培力方向.2.电流方向和电荷运动方向的关系.3.F安的方向和洛伦兹力方向关系.4.电荷运动方向、磁场方向、洛伦兹力方向的关系.学生答1.上图甲中安培力方向为垂直电流方向向上,乙图安培力方向为垂直电流方向向下.2.电流方向和正电荷运动方向相同,和负电荷运动方向相反.3.F安的方向和正电荷所受的洛伦兹力的方向相同,和负电荷所受的洛伦兹力的方向相反.4.学生分析总结.投影片出示板书(二)洛伦兹力方向的判断左手定则伸开左手,使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内,把手放入磁场中,让磁感线垂直穿入手心,若四指指向正电荷运动的方向,那么拇指所受的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向;若四指指向是电荷运动的反方向,那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向.板书洛伦兹力f的方向:f B、f v,即f垂直于v和B所决定的平面.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.(三)洛伦兹力的大小现在我们来研究一下洛伦兹力的大小.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的匀强磁场中.问题这段导体所受的安培力为多大?学生答F安=BIL问题由第十五章第1节的思考和讨论,电流强度I的微观表达式是多少?学生答I的微观表达式为I=nqSv问题这段导体中含有多少自由电荷数?学生答这段导体中含有的电荷数为nLS.问题每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为多大?学生答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f=qvB各量的单位:f为牛(N),q为库伦(C),v为米/秒(m/s),B为特斯拉(T)适用条件:vB问题若此电子不垂直射入磁场,电子受到的洛伦兹力又如何呢?有兴趣的同学课下探讨,教师不做重点讲解.由通电导线不垂直于磁场对受到的安培力入手分析,F安=BILsin,可得f=qvBsin.为电荷运动速度方向与磁场方向的夹角讨论:=90时,f=qvB=0时,f=0,v和B在同一直线上,不受洛伦兹力.投影片出示练习题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?学生答f=qvB=1.6010-1931060.10=4.810-14 N2.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.问题让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.板书洛伦兹力对电荷不做功.问题阅读课文,说明运动电荷在磁场中受洛伦兹力偏转有何现实意义?学生答运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用,运动方向会发生偏转,这一点对于地球上的生命来说有十分重要的意义.从太阳或其它星体上,时刻都有大量的高能粒子流放出,称为宇宙射线,这些高能粒子流,如果都到达地球,将对地球上的生物带来危害.庆幸的是,地球周围存在地磁场,地磁场改变宇宙射线中带电粒子的运动方向,对宇宙射线起了一定的阻挡作用.教师补充宇宙射线是穿透力极强的辐射线,它们来自宇宙空间,从各个方向射向地球,20世纪初,我们想要获得一个不受辐射影响的实验环境,总是不能如愿,即使深入矿井内部,仍然摆脱不开宇宙射线穿透性辐射的干扰,1912年,奥地利物理学家海斯乘气球升空去探寻这些辐射的来源,他发现,在气球上升过程中,辐射不是减弱而是增强了,后来又发现,两极地区的辐射更为强大,说明它似乎受地球磁场的影响,表明它含有带电粒子(如质子),宇宙射线中的带电粒子在穿越地磁场过程中,受到地磁场对它们的洛伦兹力的作用,运动方向会发生偏转,对宇宙射线有一定的阻挡作用,大大减弱了到达地球表面的宇宙射线.三、课堂练习1一电荷q在匀强磁场中运动,下列说法正确的是(B)A.只要速度的大小相同,所受的洛伦兹力就相同B.如果速度不变,把电荷q改为-q,洛伦兹力的方向将反向,但大小不变C.洛伦兹力的方向一定与电荷速度方向垂直,磁场方向一定与电荷运动方向垂直D.粒子在洛伦兹力作用下运动时,动能和动量均不变2一个长螺线管中通有交变电流,把一个带电粒子沿管轴线射入管中(不计重力),粒子将在管中(D)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3如图所示,铜质导电板置于匀强磁场中,通电时铜板中电流方向向下,由于磁场的作用,则(C)A.板左侧聚集较多电子,使b点电势高于a点B.板左侧聚集较多电子,使a点电势高于b点C.板右侧聚集较多电子,使a点电势高于b点D.板右侧聚集较多电子,使b点电势高于a点四、小结本节课我们主要学习了1.洛伦兹力的定义即磁场对运动电荷的作用.2.用左手定则判断洛伦兹力的方向.3.在安培力的基础上推导洛伦兹力的计算公式.4.洛伦兹力对运动电荷不做功.五、板书设计定义:磁场对运动电荷的作用力(注:通电导线在磁场中所受安培力是洛伦兹力的宏观表现)方向判断左手定则大小计算 f=qvB洛伦兹力对运动电荷不做功洛伦兹力六、作业:创新作业 P117 111
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