洛伦兹力教案_洛伦兹力教学案例

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第2节

磁场对运动电荷的作用

一、教材分析

本节选自高中物理选修3—1（山东科学技术教育出版社）第6章《磁场对电流和运动电荷的作用》的第2节。这节内容从磁铁偏转电子流这一实验现象出发，经过严密的逻辑推理得到磁场对运动电荷的作用力的公式，及其作用力的方向判断，最后列举例题，加深学生对知识的巩固。

二、学情分析

探究洛伦兹力所需要的知识和原理包括安培力公式、电流的微观表达式以及磁感应强度等，在本节之前电场、磁场的学习中均有涉及。因此，学生应该具备相应的知识基础参与本节的探究过程。

三、教学目标

1、知识与技能

（1）了解磁铁使阴极射线管中电子流偏转的原理，以及洛伦兹力的应用。（2）学习和理解洛伦兹力的表达式和方向的判断方法。（3）学会利用洛伦兹力原理解决相关问题。

2、过程与方法

（1）仔细观察磁体对电子流作用的实验现象，并认真参与到洛伦兹力表达式推导的过程。（2）通过这节的观察、分析、推理和总结，培养学生发现问题、解决问题的思维方法和能力

3、情感态度与价值观

（1）播放极光和电视直播图片，增进学生对自然科学的探究兴趣，及对生活和科学的热爱。

（2）通过本节的观察和探究，培养学生认真、严谨、求实的科学态度。

（3）本节把自然、生活、实验同基本的科学原理紧密结合在一起，培养学生将现象与理论结合得到真理的辨证哲学观。

四、教学方法

演示法、讲授法、探究法

五、教具与媒体

永磁体、高压电源、阴极射线管、多媒体及课件

六、教学过程

（一）创设情境，导入新课

1、播放两张极光图片。注释：南北极出现绚丽多彩的极光。提问：想知道极光是怎样形成的吗？

2、播放一张电视直播图片。注释：电视给人们的生活带来变化和舒适。提问：想知道电视是怎样显现图像的吗？

导语：美妙的大自然和舒适的现代生活背后，蕴藏着朴素的科学原理。这节课我们就来学习磁场对运动电荷的作用。

（二）进入新课，科学探究

1、实验

在第一节我们知道磁场对电流产生安培力，而电流是自由电荷定向运动形成的。那么，磁场会不会对运动电荷产生作用呢？

给阴极射线管两端接上高压电源，电子从阴极射向阳极，形成电子流。电子流侧射在荧光板上使其发光，显示出电子流的轨迹。

① 未加磁场时，电子流的轨迹是一条直线。② 把一条形磁铁N极靠近电子流，电子流向下 偏移；用S极，电子流又向上偏移。

结论：运动电荷在磁场中受到作用力，力的方向跟磁场方向有关。

图1 阴极射线管

2、洛伦兹力

（1）含义：运动电荷在磁场中受到的力

（2）大小：①洛伦兹力与安培力：当大量电荷定向运动时，每个运动电荷受到的洛伦兹力叠加起来，在宏观上表现为安培力。②公式的推导：

通电导线与磁场垂直时，导线受到的安培力为

F安IlB

那么导线中运动电荷洛伦兹力又为多少呢？

如图2所示，设有一通电导体垂直置于磁场中，图2安培力与洛伦兹力 导体中单位体积的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，电荷的速率为v，在时间t内，横截面S上的电荷通过的位移为lvt，通过的体积VSlSvt，则体积V内的电荷数目为：

NnVnSvt 总电荷量为

QNqqnSvt

电荷定向运动产生的电流为

IQnqvS t这就是电流的微观表达式。安培力的公式又可写为

F安IlB(nqvS)(vt)B

又F安为N个F洛叠加起来的合力，有

F安NF洛所以

F洛F安N(qnvS)(vt)BqvB

nSvt这就是v与B垂直时，运动电荷的洛伦兹力公式。③ 特殊式：vB,F洛qvB

④ 一般式：v与B夹角为时（如图4），将B分解为平行于v分量B∥= Bcos，B∥不产生洛伦兹力；垂直于v的分量BBsin，B产生的洛伦兹力

F洛qvBsin qvB这就是v与B夹角为时，洛伦兹力的一般表达式。

图v

与B夹角为

（3）方向：洛伦兹力的方向用左手定则判断：让磁感线垂直穿过左手心，四指指向正电荷运动方向，拇指指向洛伦兹力方向。负电荷的受力方向与正电荷相反。如图4所示 讨论：①F洛跟B、v垂直

②F洛只改变v方向而不改变大小 ③F洛永不做功，PF洛vcos90=0

图4判断洛伦兹力方向 课堂练习：

1.电子以初速度V垂直进入磁感应强度为B的 匀强磁场中,则（）

A.磁场对电子的作用力始终不变.B.磁场对电子的作用力始终不做功

C.洛伦兹力的功率为 PF洛vqv2B

D.电子的动能始终不变

2、课本123页例题



3、洛伦兹力的应用

（1）解释极光现象：利用运动电荷在磁场中受力可解释极光现象。来自太阳的高速带电粒子到达南北极上空，在地磁场中粒子受洛伦兹力而偏转，再与空气分子碰撞而使空气发出耀眼夺目的极光。

（2）制成电视显像管：显像管中阴极发出的电子在磁场中偏转，偏转后的电子打在荧光屏上各个区域，使荧光屏发光，显现出各类图像。

七、板书设计

第2节

磁场对电荷的作用

1、实验

结论：磁场对运动电荷产生作用

2、洛伦兹力

（1）含义：运动电荷在磁场中受到的力（2）大小：①F安为F洛的宏观表现 ②推导

③特殊式：vB时，F洛=qvB

④一般式：v与B夹角为时，F洛=qvBcos

(3)方向：左手定则：磁感线垂直穿过左手心，四指指向电流方向，拇指指向洛伦兹力方向