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

1、第四节 磁场对运动电荷的作用教学目标：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

2、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

3、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

4、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，

5、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

6、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=3×106 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=1.60×10-19×3×106×0.10=4.8×10-14 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

7、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

8、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

9、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