人教版(新教材)高中物理选择性必修2教学设计1：1 2磁场对运动电荷的作用力教案VIP

人教版(新教材)高中物理选择性必修第二册PAGEPAGE11.2磁场对运动电荷的作用力〖教材分析〗洛伦兹力是安培力的延续，也为下一节《带电粒子在匀强磁场中的运动》做好基础。本节起到承上启下的作用。用作左手定则判断负电荷的受力情况比较容易出错，这点是本节的难点容之一。〖教学目标与核心素养〗物理观念：通过观察电子束在磁场中的偏转，体会洛伦兹力概念的生成。科学思维：通过洛伦兹力方向及大小的学习，体会物理模型在探索自然规律中的作用。科学探究：运用阴极射线管研究洛伦兹力，能在具体问题中用左手定则判断洛伦兹力方向。科学态度与责任：通过电视显像管工作原理分析，体会科学技术对社会发展的促进作用。〖教学重难点〗教学重点：洛伦兹力的大小计算和方向判定。教学难点：用左手定则判定洛伦兹力的方向。〖教学过程〗一、新课引入我们知道，磁场对通电导线有作用力；我们还知道，带电粒子的定向移动形成了电流。那么，磁场对运动电荷有作用力吗？如果有，力的方向和大小又是怎样的呢？展示图片：介绍阴极射线管——观察电子束运动轨迹的装置。二、新课教学（一）洛伦兹力的方向课本的演示实验：观察电子束在磁场中的偏转（阅读），分别用演示①没有磁场时的径迹，②有磁场（改变磁场）时的径迹。现象1：由于电子束的速度很快重力可以忽略，所以这次咱们看到的轨迹是一条直线。现象2：加上一个这个方向的磁场，那么轨迹就会向下弯曲，而不再是直线。现象3：把磁场方向调换过来，那么电子束的轨迹变为向上弯曲。这些现象说明电子在运动过程中受到磁场对它的作用力，电子束受到磁场的力的作用，径迹发生了弯曲。这个现象由荷兰物理学家洛伦兹于1895年发现，为了纪念他就把这种力称为洛伦兹力。结论：运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力。问题：那么洛伦兹力和安培力之间存在怎么样的关系呢？1.洛伦兹力与安培力的关系在磁场中的通电导线会受到安培力的作用，导线必须有电流通过才有可能受到安培力，而电流是由电荷的定向移动形成的，导线中每一个定向移动的电荷都会受到洛伦兹力的作用，所以洛伦兹力的矢量和就是安培力，公式表达那就是F安=N·F洛。也可以说洛伦兹力是安培力的微观本质，而安培力是洛伦兹力的宏观表现。即通电导线在磁场中受到的安培力，实际是洛伦兹力的宏观表现。2.洛伦兹力与磁场、电子速度的关系刚才的实验中运动轨迹发生了弯曲，根据曲线运动的条件，可知并洛伦兹力的方向与电子的运动方向并不在同一条直线上，导致了电子运动方向变化。实验表明运动的带电粒子在磁场中所受洛伦兹力的方向，与运动方向和磁感应强度的方向都垂直。和前面一样画成立体图形就是这样的。洛伦兹力垂直于B垂直于v，也就是垂直于Bv所在的平面，但是B与v不一定垂直。问题：那么洛伦兹力的方向要怎么判断呢？3.洛伦兹力的方向思考与讨论：我们曾经用左手定则判定安培力的方向。能不能用类似的方法判定运动电荷的受力方向?刚才说了安培力是洛伦兹力的宏观表现，判断安培力的方向用左手定则。那洛伦兹力的方向当然也可以用左手定则了。现在用这个图来检验一下看看。安培力的左手定则，是这样的四指指向电流方向，磁感线扎手心，拇指方向就是安培力方向。电流是由电荷运动形成的，我们以正电荷为例，用法跟之前完全一样。即伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向正电荷运动的方向，这时拇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。即不过要注意一下电流方向，对于正电荷，电流方向就是它的运动方向；对于负电荷，电流方向就与它运动方向相反。回顾刚才的演示实验。磁感线由N极指向S极，让磁感线垂直穿过手心，四指要指向电流的方向，电子是负电荷所以电流方向与运动方向相反，那么拇指指向就是洛伦兹力的方向。电子束就向上弯曲，与咱们的实验结果一致。（二）洛伦兹力的大小上次咱说了安培力和洛伦兹力的关系。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。那我们就根据这个关系来推导洛伦兹力的大小。思考与讨论：如何由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式？1.设静止导线中定向运动的带电粒子的速度都是v，单位体积的粒子数为n。算出一段导线中的粒子数，这就是在时间t内通过横截面S的粒子数。如果每个粒子的电荷量记为q，由此可以算出q与电流I的关系。I=nqsv2.写出这段长为vt的导线所受的安培力F安。F安=BIL=B·nqsv·vt3.求出每个粒子所受的力，它等于洛伦兹力F洛。这时许多中间量，如n、v、s、t等都应不再出现。这样我们就得出来单个电荷在磁场中受到洛伦兹力的表达式。电荷量为q的粒子以速度v运动时，如果速度方向与磁感应强度方向垂直，那么粒子所受的洛伦兹力为：F洛=qvB式中力F、磁感应强度B、电荷量q、速度v的单位分别为牛顿（N）、特斯拉（T）、库仑（C）、米每秒（m/s）。刚才讨论过程中，导线和B方向垂直，那v也就和B垂直。这也是这个公式的使用条件。即①当v垂直B时：F洛=qvB；②当v∥B时：F洛=0。问题：如果v和B不垂直，比如像这个图这样，又该怎么算呢？很简单，只需要将v这样正交分解。垂直于v的分量等于vsinθ，平行于v的分量等于vcosθ，平行于v的分量不产生洛伦兹力，只有垂直于v的分量产生洛伦兹力。把它乘上F洛=qvB，就得F洛=qvBsinθ当θ=0时sinθ=0，也就是前面说的两者平行：F洛=0。当θ=90°时sinθ=1，也就是前面说的两者垂直：F洛＝qvB。（三）电子束的磁偏转洛伦兹力的方向与粒子的运动速度方向垂直，当粒子在磁场中运动时，因受到洛伦兹力的作用，就会发生偏转。显像管电视机中就应用了电子束磁偏转的原理。展示显像管图片：介绍显像管。显像管中有一个电子枪，工作时它能发射高速电子。撞击荧光屏，就能发光。可是，很细的一束电子打在荧光屏上只能使一个点发光，要使整个荧光屏发光，就要靠磁场来使电子束偏转了。思考与讨论从图中可以看出，没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O点。为使电子束偏转，由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场。1.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?（垂直纸面向外，注意四指的方向）2.要使电子束打在B点，磁场应该沿什么方向?（垂直纸面向里）3.要使电子束打在荧光屏上的位置由B点逐渐向A点移动，偏转磁场应该怎样变化?（磁场先垂直纸面向里逐渐减小，再垂直纸面向外逐渐增大）实际上，在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化，因此电子束打在荧光屏上的光点就像图那样不断移动，这在显示技术中叫作扫描。电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫作一场，电视机中的显像管每秒要进行50场扫描，所以我们感到整个荧光屏都在发光。〖板书设计〗1.2磁场对运动电荷的作用力1.洛伦兹力∶运动电荷在磁场中受到的作用力。2.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。3.洛伦兹力的方向既垂直于磁场，又垂直于速度，即垂直于，v和B所组成的平面。