磁場對運動電荷的作用

1、磁場對運動電荷的作用授課人：監(jiān)利縣朱河中學(xué)-黃尚鵬一、學(xué)情分析學(xué)生已完成了電流及安培力的學(xué)習(xí)，在思維方法方面，已具備了一定的探究能力、邏輯思維能力及推算能力。但是日常生活中我們無法用肉眼觀察到運動電荷，學(xué)生對電荷在磁場中的運動缺乏感性認(rèn)知。由于學(xué)生習(xí)慣于形象思維，缺少理論研究的經(jīng)歷，所以對本節(jié)課的學(xué)習(xí)造成一定的困難。二、教學(xué)目標(biāo)1、知識與技能(1)知道什么是洛倫茲力，能用左手定則判斷洛倫茲力的方向(2)能推導(dǎo)洛倫茲力大小的公式(3)理解洛倫茲力對電荷不做功(4)了解顯像管的工作原理2、過程與方法通過觀察，形成洛倫茲力的概念，同時明確洛倫茲力與安培力的關(guān)系(微觀與宏觀 )，洛倫茲力的方向也可以用

2、左手定則判斷。通過思考與討論，推導(dǎo)出洛倫茲力的大小公式，最后了解洛倫茲力的一個應(yīng)用電視顯像管中的磁偏轉(zhuǎn)。3、情感態(tài)度與價值觀引導(dǎo)學(xué)生進一步學(xué)會觀察、分析、推理，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和研究方法。感受物理的自然美，體會物理與生活、社會的密切聯(lián)系，產(chǎn)生學(xué)習(xí)的熱情和愿望。三、重點與難點：重點： 1.通過實驗，體會磁場對運動電荷的作用2.理解、參與洛侖茲力的公式推導(dǎo)過程，并能用洛侖茲力公式進行計算3.能用左手定則判斷洛倫茲力的方向.難點： 1.洛倫茲力公式的推導(dǎo)2.磁場、電荷運動、洛倫茲力三者方向的空間三維關(guān)系四、教具：電子射線管、高壓電源、磁鐵、多媒體五、教學(xué)課時：1 課時六、教學(xué)過程：【引入新課】思考

3、與聯(lián)想 前面我們學(xué)習(xí)了磁場對電流的作用力安培力 . 磁場對電流有力的作用，電流是由電荷的定向移動形成的，我們自然會猜想：這個力有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)?！拘抡n講解】演示實驗觀察磁場是否對運動電荷有作用。教師說明電子射線管的原理：從陰極發(fā)射出來的電子，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，可以顯示出電子束的運動軌跡。實驗結(jié)果在沒有外磁場時，電子束沿直線運動，將蹄形磁鐵靠近電子射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運動軌跡發(fā)生了彎曲，當(dāng)改變磁場方向時，電子束的偏轉(zhuǎn)方向也隨之改變。分析得出結(jié)論磁場對運動電荷有力的作用，這個作用力叫做

4、洛倫茲力（1）洛倫茲力：運動電荷在磁場中受到的作用力.通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，洛侖茲力是安培力的微觀本質(zhì)。過渡語運動電荷在磁場中受到洛倫茲力的作用，那么洛倫茲力的大小如何呢？（ 2）洛倫茲力的大小通過下面的命題引導(dǎo)學(xué)生一一回答。設(shè)有一段長度為L 的通電導(dǎo)線， 橫截面積為S，導(dǎo)線單位體積內(nèi)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(dǎo)線垂直于磁場方向放入磁感應(yīng)強度為B的磁場中 .問題這段導(dǎo)線中電流I 的微觀表達式？讓學(xué)生推導(dǎo)后回答。學(xué)生 I 的微觀表達式為I=nqSv問題這段導(dǎo)體所受的安培力為多大？學(xué)生 F=BIL問題這段導(dǎo)體中含有多少個自由電

5、荷數(shù)？學(xué)生這段導(dǎo)體中含有的電荷數(shù)為nLS.問題每個自由電荷所受的洛倫茲力多大？學(xué)生安培力可以看作是作用在每個運動電荷上的洛倫茲力的合力，這段導(dǎo)體中含有的自由電荷數(shù)為 nLS, 所以每個自由電荷所受的洛倫茲力F安BILnqvSLBfnLSqvBnLSnLS各量的單位： f 為牛（ N）， q 為庫侖（ C）， v 為米 / 秒（ m/s ）, B 為特斯拉（ T）適用條件： v B洛倫茲力的計算公式 當(dāng)粒子運動方向與磁感應(yīng)強度方向垂直時（vB）f= qvB 當(dāng)粒子運動方向與磁感應(yīng)強度方向平行時（v B）f =0問題若電荷不垂直射入磁場，電子受到的洛倫茲力又如何呢？ 當(dāng)粒子運動方向與磁感應(yīng)強度方向

6、成角時f = qvBsin （ 3）洛倫茲力方向的判斷左手定則問題如圖 判定安培力方向 .（圖甲中安培力方向為垂直電流方向向上，乙圖安培力方向為垂直電流方向向下） 電流方向和電荷運動方向的關(guān)系 .（電流方向和正電荷運動方向相同，和負電荷運動方向相反） 安培力的方向和洛倫茲力方向的關(guān)系. 電荷運動方向、磁場方向、洛倫茲力方向的關(guān)系.（學(xué)生分析總結(jié)）伸開左手，使大拇指和其余四指垂直且處于同一平面內(nèi)，把手放入磁場中，讓磁感線垂直穿入手心，若四指指向正電荷運動的方向，那么拇指所指的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向；若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.要使學(xué)生明

7、確正電荷運動方向應(yīng)與左手四指指向一致，負電荷運動方向則應(yīng)與左手四指指向相反 (先確定負電荷形成電流的方向，再用左手定則判定)。 磁場、電荷運動、洛倫茲力三者方向的空間關(guān)系（多媒體展示）投影出示練習(xí)題-“問題與練習(xí)”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.-q-q學(xué)生解答甲中正電荷所受的洛倫茲力方向向上乙中正電荷所受的洛倫茲力方向向下丙中負電荷所受的洛倫茲力的方向垂直于紙面指向紙里.丁中負電荷所受的洛倫茲力的方向垂直于紙面指向讀者.最后，通過 “思考與討論 ”，說明帶電粒子運動的方向總是與洛倫茲力的方向垂直，所以它對運動的帶電粒子總是不做功，并比較電場和磁場對電荷的作用力(4

8、) 應(yīng)用、信息運動電荷在磁場中受洛侖茲力作用，運動方向會發(fā)生偏轉(zhuǎn)高能的宇宙射線的大部分不能射到地球上，就是地磁場對射線中的帶電粒子的洛侖茲力改變了其運動方向，對地球上的生物起著保護作用、極光現(xiàn)象在太陽創(chuàng)造的諸如光和熱等形式的能量中，有一種能量被稱為“太陽風(fēng)”。這是一束可以覆蓋地球的強大的帶電亞原子顆粒流，該太陽風(fēng)在地球上空環(huán)繞地球流動，以大約每秒400 公里的速度撞擊地球磁場，磁場使該顆粒流偏向地磁極下落，它們與氧和氮的原子碰撞，擊走電子，使之成為激發(fā)態(tài)的離子，這些離子發(fā)射不同波長的輻射，產(chǎn)生出紅、綠或藍等色的極光特征色彩，形成極光。在南極地區(qū)形成的叫南極光，在北極地區(qū)同樣可看到這一現(xiàn)象，一般

9、稱之為北極光。、顯像管的工作原理（ 1）原理：應(yīng)用電子束磁偏轉(zhuǎn)的道理（ 2）構(gòu)造：由電子槍（陰極） 、偏轉(zhuǎn)線圈、熒光屏等組成認(rèn)清偏轉(zhuǎn)線圈的位置、形狀，然后運用安培定則和左手定則說明從電子槍射出的電子束是怎樣在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)的?！菊n堂練習(xí)】1.如圖 3 所示，一個帶正電q 的小帶電體處于垂直紙面向里的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度為B，若小帶電體的質(zhì)量為m，為了使它對水平絕緣面正好無壓力，求該帶電體的速度？vmgqB2.一長螺線管通有變化的電流，把一個帶電粒子(重力不計 )沿管中心軸線射入管中，粒子將在管中(C)A.做圓周運動B.沿軸線來回運動C.做勻速直線運動D.做勻加速直線運動3.來自宇宙的質(zhì)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(zhì)子在進入地球周圍的空間時，將 ( B )A.豎直向下沿直線射向地面B.相對于預(yù)定地面向東偏轉(zhuǎn)C.相對于預(yù)定點稍向西偏轉(zhuǎn)D.相對于預(yù)定點稍向北偏轉(zhuǎn)4.一束粒子中有帶正電的，有帶負電的，還有不帶電的。要