《研究洛伦兹力》导学案2

1/1研究洛伦兹力教学目标：⑴通过实验，认识洛伦兹力。会判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小。⑵理解洛仑兹力对运动电荷不做功。⑶了解速度选择器。【教学重点、难点】：1．洛伦兹力方向的判断方法——左手定则和洛伦兹力大小计算公式的推导和应用。2．因电荷有正、负两种，在用左手定则判断不同的电荷受到的洛伦兹力方向时，要强调四指所指方向应是正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向。第一课时教学过程：【教学过程】：一、预习提纲：⑴安培力的方向判定：⑵安培力的大小：F=（清楚各个物理量的含义）⑶电流的定义：⑷电流的方向：⑸电流强度大小的计算：定义式：I=微观表达式：I=⑹洛伦兹力的定义：二、课堂教学：问题：电流是如何形成的？学生：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：荷兰物理学家洛伦兹于1985年发表了磁场对运动电荷的作用力公式，为了纪念他，人们称磁场对运动电荷的作用力为洛伦兹力。用阴极射线管研究磁场对运动电荷的作用。书本P85图3-5-2与图3-5-3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。实验现象：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。得出结论：磁场对运动电荷有力的作用。1、洛伦兹力的方向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。我们用左手定则判断安培力的方向，因此可以用左手定则判断洛伦兹力的方向。书本P86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。【课堂针对性练习】1．判断图中带电粒子所受洛伦兹力的方向2．依运动轨迹，判断图中带电粒子的电性。3．在只受洛伦兹力的条件下,关于带电粒子在匀强磁场中的运动,下列说法中不正确的是：（）A、只要粒子的速度大小相同，带电量相同，粒子所受洛伦兹力大小就相同B、洛伦兹力只改变带电粒子运动方向C、洛伦兹力始终与速度垂直，所以洛伦兹力不做功；D、洛伦兹力始终与速度垂直，所以粒子在运动过程中的动能保持不变4.初速度为v0的电子，沿平行于通电长直导线的方向射出直导线中电流方向与电子的初始运动方向如图3-36所示，则（）.图3-36图3-36A．电子将向右偏转，速率不变B．电子将向左偏转，速率改变C．电子将向左偏转，速率不变D．电子将向右偏转，速率改变5（广东07年高考理科基础）如图6，在阴极射管正下方平行放置一根通有足够强直流电流的长直导线，且导线中电流方向水平向右，则阴极射线将会（）图6A.向上偏转B.向下偏转C.向纸内偏转D.向纸外偏转1、洛伦兹力的大小问提：我们谈到一个力，知道了方向和作用点还要知道什么？（力的三要素）答：问题：那么洛伦兹力的大小怎么来计算？洛伦兹力的大小推导，按下列过程写出各问题的物理量书本P86图3-5-4。假设：设有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，导线每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。问题1：这段导线中电流I的微观表达式是多少？I=问题2：这段导体所受的安培力为多大？F=问题3：这段导体中含有多少自由电荷数？N=问题4：每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为多少？f=例题：1．已知一质子以5×107m/s的速度垂直射入磁感应强度B=2T的匀强磁场中，质子受的洛仑兹力为多大？（学生探究完洛伦兹力大小计算就练习）解答过程：【作业】1、试判断图16－13中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向。2、关于带电粒子所受洛伦兹力f、磁感应强度B和粒子速度v三者方向之间的关系，下列说法正确的是（）图图3-4-6A．f、B、v三者必定均相互垂直B．f必定垂直于B、v，但B不一定垂直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B3、初速度为v0的电子，沿平行于通电长直导线的方向射出直导线中电流方向与电子的初始运动方向如图3-4-6所示，则（）A．电子将向右偏转，速率不变B．电子将向左偏转，速率改变C．电子将向左偏转，速率不变D．电子将向右偏转，速率改变第二课时复习例题：【洛伦兹力的方向】【例1】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【洛伦兹力的大小】【例2】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．做匀速直线运动答案：BD新课教学：【速度选择器】【例题3】如图16－50所示，在两平行板间有强度为E的匀强电场，方向竖直向下，一带电量为q的负粒子（重力不计），垂直于电场方向以速度v飞入两板间，为了使粒子沿直线飞出，应在垂直于纸面内加一个怎样方向的磁场，其磁感应强度为多大？【堂上练习】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【例题4】如图所示，在竖直平面内有一个正交的匀强电场和匀强磁场，磁感应强度为1T，电场强度为10N/C，一个带正电的微粒，q=2×10-6C，质量m=2×10-6㎏，在这正交的电场的磁场内恰好做匀速直线运动，则带电粒子运动的速度大小多大？方向如何？【作业】【基础练习】一、选择题：1、关于运动电荷和磁场的说法中，正确的是（）A、运动电荷在某点不受洛仑兹力作用，这点的磁感应强度必为零B、电荷的运动方向、磁感应强度方向和电荷所受洛仑兹力的方向一定互相垂直C、电子射线由于受到垂直于它的磁场作用而偏转，这是因为洛仑兹力对电子做功的结果D、电荷与磁场力没有相对运动，电荷就一定不受磁场的作用力2、有关电荷受电场力和洛仑兹力的说法中，正确的是（）A、电荷在磁场中一定受磁场力的作用B、电荷在电场中一定受电场力的作用C、电荷受电场力的方向与该处电场方向垂直D、电荷若受磁场力，则受力方向与该处磁场方向垂直3、两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，两粒子质量之比为1：4，电量之比为1：2，则两带电粒子受洛仑兹力之比为（）A、2：1B、1：1C、1：2D、1：44、如图所示，在电子射线管上方平行放置一通电长直导线，则电子射线将（）A、向上偏B、向下偏C、向纸内偏D、向纸外偏5、图所示为一速度选择器，内有一磁感应强度为B，方向垂直纸面向外的匀强磁场，一束粒子流以速度v水平射入，为使粒子流经磁场时不偏转（不计重力），则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场，关于这处电场场强大小和方向的说法中，正确的是（）A、大小为B/v，粒子带正电时，方向向上B、大小为B/v，粒子带负电时，方向向上C、大小为Bv，方向向下，与粒子带何种电荷无关D、大小为Bv，方向向上，与粒子带何种电荷无关6、如图所示，一带负电的滑块从粗糙斜面的顶端滑至底端时的速率为v，若加一个垂直纸面向外的匀强磁场，并保证滑块能滑至底端，则它滑至底端时的速率（）A、变大B、变小C、不变D、条件不足，无法判断二、填空题：7、如图所示，各带电粒子均以速度v射入匀强磁场，其中图C中v的方向垂直纸面向里，图D中v的方向垂直纸面向外，试分别指出各带电粒子所受洛仑兹力的方向。8、电子以4×106m/s的速率垂直射入磁感应强度为0.5T的匀强磁场中，受到的磁场力为N，如果电子射入磁场时的速度v与B的方向间的夹角是180°，则电子所受的磁场力为9、氢核和氘核以相同的动量垂直射入同一匀强磁场中，它们所受的洛伦兹力大小之比为。三、计算题：10、有一匀强磁场，磁感应强度大小为1.2T，方向由南指向北，如有一质子沿竖直向下的方向进入磁场，磁场作用在质子上的力为9.6×10-14N，则质子射入时速度为多大？将在磁场中向哪个方向偏转？11、如图所示，一带电为-q的小球，质量为m，以初速度v0竖直向上射入水平方向的匀强磁场中，磁感应强度为B。当小球在竖直方向运动h高度时，球在b点上所受的磁场力多大？12、如图所示，在有限区域ABCD内有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁场竖直高度为d，水平方向足够长，磁感应强度为B，在CD边界中点O有大量的不同速度的正、负粒子垂直射入磁场，粒子经磁场偏转后打在足够长的水平边界AB、CD上，请在AB、CD边界上画出粒子所能