运动电荷在磁场中受到的力教学设计

-.z.高中物理教学设计选修3-1第三章第5节"运动电荷在磁场中受到的力"17号选手2016年10月27日教师格言：因材施教、教学相长第三章磁场3.5磁场对运动电荷的作用力*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根本的思维方法：“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、投影片一、引入新课教师：让全体同学1,观看卫视的极光视频，2、观看磁场对示波器图像的影响。［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、进展新课1、洛伦兹力的方向教师讲述：通电导线在磁场中所受到的力叫安培力，电荷的定向移动形成电流，运动电荷在磁场中受到的作用力称为洛伦兹力，推理和猜测：安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观本质问题：安培力的方向用左手定则判定，则洛伦兹力的方向能不能也用左手定则来判定呢？实验验证：〔投影〕学生观察结论：洛伦兹力的方向也用左手定则来判定左手定则：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，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，则，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，则拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。回到导学案：［投影片出示练习题］〔1〕试判断以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；丁中负电荷所受的洛伦兹力的方向垂直于纸面指向纸外2、洛伦兹力的大小教师：现在我们来研究洛伦兹力的大小。思考与讨论：长为L、横截面积为s的直导线，单位体积的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，自由电荷定向移动的速率为v。这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中。①，求导线中自由电荷的总数和总电量？N=SLnQ=qN=qsLn②、导线中的自由电荷以速度为V做定向运动形成电流。求自由电荷从导线一端运动到另一端的时间？通过导线的电流？③、求导线受到的安培力大小？根据F=Nf,求出导线中每个自由电荷受到的洛伦兹力f？结论：洛伦兹力的大小=1\*GB3①当v⊥B时,f=qvB②当v∥B(V=0)时，f=0〔电荷不受洛仑兹力作用〕③当v与B之间有一定夹角θ时，f=qvBsinθ思考与讨论：图为地磁场的分布图，地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在赤道和两极哪里强？地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在赤道附近最强，两极地区最弱思考：你能解释为什么极光只在两极出现了吗？学生用左手定则解释3.洛伦兹力的特点〔1〕、洛伦兹力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于速度方向，即垂直于磁场和速度所组成的平面。〔2〕、洛伦兹力对电荷不做功，即不改变速度的大小，只改变速度的方向。4、电视机显像管的工作原理思考与讨论：1〕．假设要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上的Ａ点，偏转磁场应该沿什么方向？2〕．假设要使电子束打在Ｂ点，磁场应该沿什么方向？3〕．假设要使电子束打在荧光屏上的位置由Ｂ逐渐向Ａ点移动，偏转磁场应该怎样变化？演示自制动画：帮助学生了解电视机显像管工作原理小结：1、洛伦兹力的方向2、洛伦兹力的大小3、洛伦兹力的特点4、电视机显像管的工作原理三、课后练习四、板书设计运动电荷在磁场中受到的力—洛伦兹力1、洛伦兹力的方向：用左手定则判定2、洛伦兹力的大小：=1\*GB3①当v⊥B时,f=qvB②当v∥B(V=0)时，f=0〔电荷不受洛仑兹力作用〕③当v与B之间有一定夹角θ时，f=qvBsinθ3、洛伦兹力的特点：洛伦兹力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于速度方向，洛伦兹力不做功4、电视机显像管的工作原理五、教学反思投影片出示练习题：练习1、电子的速率v=3×106m/s，垂直射入B=0.10T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=1.60×10-19×3×106×0.10=4.8×10-14N练习2、来自宇宙的质子流，以与地球外表垂直的方向射向赤道上空的*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。地球外表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容，思考并答复以下问题。电子束是怎样实现偏转的？在图3.5－4中，如下图：〔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：思考并答复以下问题：〔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容。学生活动：认真总结概括本节容，并把自己这节课的体会写下来、比拟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容，允许容的顺序不同，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，以下说法中正确的选项是A．F、B、v三者必定均保持垂直B．F必定垂直于B、v，但B不一定垂直于vC．B必定垂直于F、v，但F不一定垂直于vD．v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】如下图的是磁感应强度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〕。其中正确的选项是答案：D洛伦兹力的大小【例3】如下图，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．假设电子从右向左飞入，电子也沿直线运动B．假设电子从右向左飞入，电子将向上偏转C．假设电子从右向左飞入，电子将向下偏转D．假设电子从左向右飞入，电子也沿直线运动解析：假设电子从右向左飞入，电场力向上，洛伦兹力也向上，所以上偏，B正确；假设电子从左向右飞入，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】一个长螺线管有电流，把一个带电粒子沿中轴线方向射入〔假设不计重力影响〕，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