第五节 运动电荷在磁场中受到的力
【复习回顾】
一、什么是安培力？
二、安培力的表达式：F=__________
三、安培力的方向的判定法则
四、形成电流的原因？它的微观表达式是什么？
【新课探究】
一、探究1：磁场对运动电荷是否有作用力？
实验记录表
操作
实验现象（液体是否旋转）
1
不加电场，加磁场
2
不加磁场，加电场
3
加电场，加磁场
探究结论：
二、探究2：洛伦兹力的方向与哪些因素有关？怎样判定洛伦兹力的方向？
实验记录表
操作
磁场方向
电场方向
正电荷定向运动方向
负电荷定向运动方向
实验现象
1
加电场，加磁场，“环”接负极，N极在上，S极在下
2
磁场不变，“环”接正极，重复1
3
保持“环”接正极不变，变换磁场，N极在下，S极在上，重复2
4
记录探究2中的电荷定向运动方向，液体转动方向，磁场方向3者的关系
注：记录方向可以在鲜花泥上插三色塑料薄片，白色表示电荷运动的方向，蓝色表示磁场方向，红色表示液体旋转方向（即磁场对定向运动电荷作用力的方向）。
探究结论：
三、探究3：洛伦兹力的大小与哪些因素有关？
1.实验定性探究
实验记录表
1
2
3
4
操作
增大电压
（增大电荷运动速度）
减小电压
（减小电荷运动速度）
增强磁场
减小磁场
洛伦兹力
（变大或变小）
探究结论：
2.理论定量探究
有一端长为L的通电导线，横截面积为S，单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q，定向运动的平均速率为v，把这段导线垂直地放入磁感应强度为B 的匀强磁场中，求：每个自由电荷受到的洛仑兹力f 的大小 ?
（1）写出这段导线中的电流I的微观表达式（用n、q、S、v表示）
（2）写出这段导线所受到的安培力F的表达式
（3）这段导线中运动电荷的总数N为多少？
（4）导线中所有定向运动自由电荷所受洛伦兹力f总体效应表现为导线所受到的安培力F，写出f的表达式（用q、v 、B表示）
四、洛伦兹力在生活中的运用。
【随堂检测】
1.判断带电粒子刚进入磁场时所受的洛仑兹力的方向。
2.电子的速率v-3.0×106m/s，沿着与磁场垂直的方向射入B=0.10T的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？
【课后思考】
1.f=qvBsinθ的速度v是相对于什么参考系的？
2.安培力可对磁场中通电导线是做功，既然洛伦兹力是安培力的微观本质，那么洛伦兹力对运动电荷也做功吗？
教后反思
本节课题是“运动电荷在磁场中受到的力”，人民教育出版社的《普通高中课程标准实验教科书》（选修3-1），物理第三章第5节内容，该课题放在“通电导线在磁场中受到的力”内容之后，意味教材引导教师利用安培力导出洛伦兹力的大小、方向，绝大多数教师在平时的也是采用此思路展开教学的；但新课程倡导探究式学习，强调科学与社会、生活实践的联系，强调对过程和方法的学习，为了让学生成为教学活动的主体，把教学的重点由学习物理知识变为探索知识的过程，以情景设疑让学生主动思考，鼓励学生大胆猜想，设计实验探究、验证猜想，得出结论；其探究过程体现在洛伦兹力方向的判定法则，定性探究洛伦兹力的大小，理论定量探究洛伦兹力的大小，实验与理论、验证与探究充分表现在课堂教学中。
以上是目标在课堂上基本完全达成，个人认为很成功。
《运动电荷在磁场中受到的力》教学设计
一、教学设计思路
本设计课题是“运动电荷在磁场中受到的力”，人民教育出版社的《普通高中课程标准实验教科书》（选修3-1），物理第三章第5节内容，该课题放在“通电导线在磁场中受到的力”内容之后，意味教材引导教师利用安培力导出洛伦兹力的大小、方向，绝大多数教师在平时的也是采用此思路展开教学的；但新课程倡导探究式学习，强调科学与社会、生活实践的联系，强调对过程和方法的学习，为了让学生成为教学活动的主体，把教学的重点由学习物理知识变为探索知识的过程，以情景设疑让学生主动思考，鼓励学生大胆猜想，设计实验探究、验证猜想，得出结论；其探究过程体现在洛伦兹力方向的判定法则，定性探究洛伦兹力的大小，理论定量探究洛伦兹力的大小，实验与理论、验证与探究充分表现在课堂教学设计中。
二、教学目标
1.知识与技能目标
（1）知道什么是洛伦兹力。
（2）会用洛伦兹力解答实际生活中的有关问题。
（3）会用左手定则判断有关带电粒子在磁场中受洛伦兹力方向的问题。
2.过程与方法目标
（1）通过猜想、实验探究洛伦兹力的方向研究来培养学生科学思维能力和观察能力。
（2）通过猜想、实验定量探究洛伦兹力的大小培养学生分析推理能力和应用知识的能力。
3.情感态度与价值观目标
（1）通过“设问—猜想—探究—推理”来体会科学研究最基本的思维方法。
（2）再合作探究的过程中，培养学生团结协作的精神。
（3）体会物理学习中的逻辑美，规律的统一，联系生活，激发求知的热情。
三、教学重点
（1）洛伦兹力的大小和方向的判定。
（2）初步掌握科学探究的过程。
四、教学难点
（1）左手定则的生成过程及应用。
（2）实验定量探究洛伦兹力的大小。
五、教具
圆形磁铁、有显像管的电视机、自治旋转液体实验装置、显像管、多媒体设备
六、教学过程
（一）课题引入
创设情景、设置疑问
师：在上课前，让我们一起做一个有趣的实验，即通过摄像头把这位同学的图像送到了电视机里，我把这根“魔盒”靠近荧光屏（稍停顿），与刚才相比发生了什么新的现象呢？
生（预测）：变形了或走样了或侧移了……
师：魔盒真有这样的魔力吗？（动作：拿出磁铁，吸引铁钉）这是什么？
生（预测）：磁铁。
师：为什么磁铁靠近电视机，就会发生这种现象呢？带着这个问题，今天我们一起学习《运动电荷在磁场中受到的力》（动作：关闭电视机电源开关）
【设计说明】
从生活中发现问题，创设情境，激发热情，引入新课。
（二）新课教学
师：上节课已经学习了《电导线在磁场中受到的力》，请同学们猜一猜运动电荷在磁场中是否会受到的力呢？（课件展示：问题1）
生（预测）：有、不一定有……
师：物理学是一门以实验为基础的学科，要用实验去探究同学们的猜想是否正确，我们需要磁场和运动电荷，今天我给同学们带来一套自制实验装置：这是一个圆形塑料容器，中间是一碳棒，四周是一铁环，如果碳棒和铁环分别与电源的正负极连接，则就形成一个辐射电场（课件展示），再向容器内倒入碳酸钠溶液，碳酸钠被电离成可自由移动的钠离子和碳酸根离子，先以钠离子为研究对象，则钠离子将在电场的作用下由中间向四周沿着做定向运动，于是，就获得了钠离子；对于磁场可由容器底部的环形磁铁提供，下面同学们按照导学案上的实验步骤和组内分工，进行实验去探究运动电荷在磁场中是否会受到力的作用。
生：分组进行实验
师：同学们已完成实验操作，哪位同学能代表你组展示实验记录结果？
生（预测）：液体旋转了或运动电荷在磁场受到了力作用。
师：是由于磁场对钠离子有力的作用，使钠离子旋转，于是液体也就转动了。
师：像这种运动电荷在磁场中受到的力，在物理学上，叫：洛伦兹力（板书：一、洛伦兹力）,这是以荷兰物理学家洛伦兹力名字命名的（课件展示：洛伦兹和洛伦兹力）
【设计说明】
1.将猜想与假设、方案设计、实验操作、结果分析、得出结论这一完整的实验探究过程作呈现，告诉学生实验在物理学学习过程中的重要性；
2.利用自治仪器，学生分组做“旋转液体”实验，来引导学生探究运动电荷在磁场中确实受到的力，给学生耳目一新的感觉，并由学生自己动手实验探究得到结论，对于他们各方面能力都有所提高。
师：我们知道，力是矢量，有大小和方向，结合刚才的实验和已有的知识，请再猜一猜：洛伦兹力的方向与哪些因素有关呢？（课件展示：问题2）
生（预测）：与磁场的方向有关，与运动电荷的速度方向有关……（副板书）
师：要研究这样一量和多量的关系，用什么方法？
生（预测）：控制变量法
师：让我们回到刚才的实验，如何获得这三个物理量的方向呢？（课件展示）
生（预测）：根据正负接线柱可以知道速度的方向
根据磁场的N极和S极可以知道磁场的方向
根据液体的旋转方向可以知道力的方向……
师：为了便于记录实验结果，请大家看我的示范：这是鲜花泥，放在红线的上方，如果速度方向由碳棒沿红线指向边缘，则这样插上带有速度方向的薄片；如果磁场方向垂直于容器底部向上，则插上带有磁场方向的薄片；如果液体逆时针转动，则这样插上带有力方向的薄片，
好的，根据实验步骤和组内分工，开始实验。
生：分组进行实验
师：指导学生进行实验
师：我看同学们已完成实验操作，请各小组到前面来展示你们组的实验记录结果，让力的方向指向同学们
生：四组代表到前面展示记录结果，
师：看看刚才的猜想洛伦兹力的方向与B的方向、v的方向有关是否正确？
生（预测）：正确，因为如果改变磁场的方向或改变电荷运动速度方向，力的方向会发生变化……
师：好的，那三者存在怎样的空间关系？
生（预测）：三者两两垂直关系
师：这样看起来比较麻烦，可用什么简洁的方法体现这三者的方向关系呢？
生（预测）：左手定则，（可能会有伸右手的，如果有伸右手的，就请伸右手的学生展示描述）
师：那你如何把这三个量的方向在左手上体现呢？
生（预测）：磁场方向垂直过掌心，四指指向正电荷（钠离子）的运动方向，大拇指指向洛伦兹力的方向，
师：好的，这种判断方法称为“左手定则”（板书：二、方向判定法则：左手定则）
师：这是我们以钠离子为研究对象总结出的法则，如果以碳酸根离子为研究对象，能得到判定法则吗？
生（预测）：只需将四指的指向负电荷（碳酸根离子）运动的反方向即可，
师：课件展示左手定则的完整内容
【设计说明】
1.将猜想与假设、方案设计、实验操作、结果分析、得出结论这一完整的实验探究过程作呈现，再次告诉学生实验在物理学学习过程中的重要性；
2.学生又分组做“旋转液体”实验，基于实验现象引导学生探究得出洛伦兹力的方向与速度方向、磁场方向存在一定关系，让学生找到左手可以表示这些关系，左手定则就这样出现，而非类比安培力；潜移默化的告诉学生这仅仅是一种表示方法。
3.由于学生动手实验能力可能较弱，再加上利用控制变量法、等效替换法等，学生可能感到比较困难。
师：既然洛伦兹力也用左手定则去判断，那么它和安培力有什么联系吗？（课件展示）
生（预测）：宏观和微观关系……
师：板书：三、洛伦兹力和安培力本质相同
微观本质 宏观体现
师：既然安培力和洛伦兹力本质相同，那么为什么不叫安培力而叫洛伦兹力呢？
师：前后相差70多年时间，物理学每向前进步一点点，都是很不容易的……
【设计说明】
简介物理学史，提升课堂内涵，进而落实情感态度价值观目标。
师：探讨了方向，请问洛伦兹力大小与哪些因素有关呢？（课件展示）
生（预测）：与v大小有关，与B强弱有关，q，m……
师：再次回到刚才的实验，磁场的强弱可用磁体的大小产生的磁场知道，速度的大小可用电压大小（电场的强弱知道）知道，按照学案上实验步骤和组内分工进行实验去定性探究猜想是否正确。
生：分组进行实验
师：指导学生进行实验
师：同学们已完成实验操作，哪位同学能代表你组展示实验记录结果？
生（预测）：展示实验记录结果，定性介绍如果运动电荷速度确定，磁场越强洛伦兹力越大；如果磁场强弱确定，运动电荷速度越大洛伦兹力越大。
师：那它们之间究竟存在怎样的定量关系呢？
师：展示课件：
有一端长为L的通电导线，横截面积为S，单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q，定向运动的平均速率为v，把这段导线垂直地放入磁感应强度为B 的匀强磁场中，求：每个自由电荷受到的洛仑兹力f 的大小 ?
（1）写出这段导线中的电流I的微观表达式（用n、q、S、v表示）
（2）写出这段导线所受到的安培力F的表达式
（3）这段导线中运动电荷的总数N为多少？
（4）导线中所有定向运动自由电荷所受洛伦兹力f总体效应表现为导线所受到的安培力F，写出f的表达式（用q、v 、B表示）
生：认真阅读，仔细思考，组内讨论，展示理论探究过程。
师：板书：四、f=qvB
师：公式成立的条件是？
生（预测）：v和B垂直关系
师：如果不垂直呢？
生（预测）：f=qvBsinθ
【设计说明】
由实验定性探究到理论定量探究，引导学生自主生成洛伦兹力大小的计算公式。
师：大家请看这是电视机显像管原理示意图（课件展示），简介电视机显像管原理示意图。
师：现在大家能知道图像变形、偏移的原因了吗？
师生互动：完成对电视机荧光屏中图像偏移、变形的分析。
【设计说明】
再回到新课的开始，呼应开头，回归到生活，解决生活的实际问题，激发学习热情。
师(课堂小结)：哪位同学能对本节课进行总结？
生（预测）：在知识的层面，在知道运动电荷在磁场中确实受到力的作用，这个力叫做洛伦兹力，同时知道洛伦兹力的方向如何判断，大小如何计算。
师：课后思考：
1.f=qvBsinθ的速度v是相对于什么参考系的？
2.安培力可对磁场中通电导线是做功，既然洛伦兹力是安培力的微观本质，那么洛伦兹力对运动电荷也做功吗？
七、板书设计
运动电荷在磁场中受到的力
一、洛伦兹力
二、洛伦兹力和安培力的本质相同
三、方向
判断方法：左手定则
四、大小f=qvBsinθ
五、应用
课件12张PPT。第五节江苏省宿迁中学 于建飞运动电荷在磁场中受到的力E问题1：运动电荷在磁场中是否会受到的力呢 ? 洛伦兹，荷兰物理学家，首先提出磁场对运动电荷有作用力的观点。洛伦兹与洛伦兹力 他创立了经典电子论，提出了洛伦兹变换公式，1902年获得诺贝尔物理学奖。为纪念洛伦兹的卓著功勋，荷兰政府决定从1945年起，把他的生日定为“洛伦兹节”。注意：塑料片的箭头表示物理量的方向，其中蓝色磁场B方向、红色表示电荷运动方向、白色表示洛伦兹力f的方向。根据正负接线柱可以知道根据磁场的N极和S极可以知道根据液体的旋转方向可以知道问题2：洛伦兹力的方向与哪些因素有关呢？洛伦兹力 f 的方向：磁场 B 的方向：电荷定向运动 v 的方向：追问1：猜想洛伦兹力的方向与磁场的方向、运动电荷速度方向有关系是否正确？追问3：可用什么简洁的方法体现这三者方向关系呢？ 追问2：三者方向在空间上存在怎样的关系？ 追问4：如何把这三物理量的方向在左手上体现出来？ 追问5：如何判断运动的负电荷在磁场中受到洛伦兹力的方向？ 三.洛伦兹力的方向----左手定则1.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，让磁感线穿入手心，使四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所指的方向就使正电荷所受洛伦兹力的方向。 2.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。议一议：既然洛伦兹力的方向也用左手定则判断，那么它与安培力有没有联系呢？问题4：洛伦兹力的大小与哪些因素有关呢？ 有一端长为L的通电导线，横截面积为S，单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q，定向移动的平均速率为v，把这段导线垂直地放入磁感应强度为B 的匀强磁场中，求：每个自由电荷受到的洛仑兹力f 的大小 ? （1）写出这段导线中的电流I的微观表达式（用n、q、S、v表示）（2）写出这段导线所受到的安培力F的表达式（3）这段导线中运动电荷的总数N为多少？（4）导线中所有定向运动自由电荷所受洛伦兹力f总体效应表现为导线所受到的安培力F，写出f的表达式（用q、v 、B表示）理论探究：1.f=qvBsinθ的速度v是相对于什么参考系的？2.安培力可对磁场中通电导线是做功，既然洛伦兹力是安培力的微观本质，那么洛伦兹力对运动电荷也做功吗？课后思考：谢 谢！
