课件28张PPT。第三章 磁场
第五节 运动电荷在磁场中受到的力本节内容是教材根据磁场对电流有作用力和电流是电荷的定向运动提出的假设：磁场对运动电荷有作用力。再通过实验验证这一结论的正确性。让学生认真体会科学研究最基本的思维方法：“推理—假设—实验验证” ，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。在伦伦兹力的方向判断上，仍然辅以多媒体动画等形式，加深理解。同时利用阴极射线管、速度选择器、磁流体发电机等仪器的工作原理介绍，使学生能结合实际问题进行讨论，达到学以致用的目的。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，理解洛伦兹力对电荷不做功。
3. 掌握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. 了解电视机显像管的工作原理。
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。
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。 电视机，是我们家里常见的家用电器，有的叫显像管电视，有的叫液晶电视。那么显像管电视机是如何工作的呢？这节课我们就来认识下。1. 判断安培力的方向2. 安培力大小的一般计算方法 F = ILBsin θ知识回顾磁场对通电导线（电流）有力的作用，而电流是电荷的定向运动形成的，由此你想到了什么？磁场可能对运动电荷有力的作用。导体中的电流是由电荷的定向移动产生的电流是如何形成的？http://www.jtyhjy.com/edu/ppt/ppt_playVideo.action?mediaVo.resId=55e3bd6daf508f0099b1c9d2实验现象
在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将磁铁靠近阴极射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。
实验结论
磁场对运动电荷有力的作用。 通过观看视频，阴极射线在磁场中的偏转演示实验，使学生了解微观粒子在磁场中受到力的作用。一、洛伦兹力2. 洛伦兹力与安培力的关系： 1. 磁场对运动电荷有力的作用， 这个力叫做洛仑兹力。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。安培力洛仑兹力磁场对电流的作用磁场对运动电荷的作用因果微观原因宏观表现猜想：能不能用左手定则来判定？
推理：我们曾经用左手定则判定安培力的方向。大量定
向移动电荷所受洛伦兹力宏观表现为安培力，
因此，可以用左手定则判定洛伦兹力的方向。
验证：尝试不同方向的磁场对电子束的不同影响，判断
运动的电子束在各种方向的磁场中的受力方向。 洛仑兹力 F洛 的方向如何确定？1. 伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，若四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。 二、洛伦兹力的方向 ─ 左手定则2. 若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。11. 以相同速度进入同一磁场的正、负电荷受到的洛伦兹力方向相反。
2．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。
3．洛伦兹力对电荷不做功，只改变速度的方向，不改变速度的大小。例1. 试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力的方向 。F 垂直于纸面向外F 垂直于纸面向外如果带电粒子射入匀强磁场时（不计粒子重力），初速度 v0 跟磁感强度 B 的方向平行，粒子将做什么运动？以初速度 v0 做匀速直线运动试判断：图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的情况如何？ 类比：我们知道，当电流方向跟磁场方向平行时安培力等于0 。当带电粒子的运动方向与磁场方向平行时，洛伦兹力最小 ── F洛 = 0。 实验表明：磁场越强（磁感强度越大）、电荷量越大、运动速度越快，电荷受到的洛伦兹力越大。可见：当电荷运动方向跟磁场方向垂直时洛伦兹力的大小跟三个因素相关：磁感应强度 B、电荷量 q 、电荷运动快慢 v。当带电粒子的运动方向与磁场方向垂直时，洛伦兹力 F洛最大。（1）通电导线中的电流 ；
（2）通电导线所受的安培力；
（3）这段导线内的自由电荷数；
（4）每个电荷所受的洛伦兹力。洛伦兹力公式理论推导：设有一段长为 L，横截面积为 S 的直导线 ( 如图 ) ，单位体积内的自由电荷数为 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，求:I = nqvSF安 = BIL = B(nqvS)LN = nSL( v⊥B )三、洛伦兹力的大小电荷量为 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当 v∥B 时， F洛 = 0 若带电粒子不垂直射入磁场，粒子受到的洛伦兹力又如何呢?BvFθv2v1vθF洛 = qvBsin θ ( θ 为 B 与 v 的夹角 ) 安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力微观表现。2. 大小关系：F安＝ NF洛（N是导体中运动的电荷数）。3. 方向关系：F安 与 F洛方向相同。4. F安与 F洛 本质都是磁场对运动电荷的作用力。洛伦兹力与安培力的关系例2. 一初速度为零的质子（质量 m = 1.67 × kg ，电荷量 q = 1.6 × C ），经过电压为 3340 V 的电场加速后，垂直进入磁场感应强度为 5.0 × T 的匀强磁场中，质子所受洛仑磁力为多大？?解析：由动能定理：qU =
则质子所受洛伦慈力 F = qvB = qB = 6.4 × N 。?1. 关于安培力和洛伦兹力，下列说法正确的是( )
A. 安培力和洛伦兹力是性质完全不同的两种力
B. 安培力和洛伦兹力，其本质都是磁场对运动电荷的作用力
C. 安培力和洛伦兹力，二者是等价的
D. 安培力对通电导体能做功，但洛伦兹力对运动电荷不能做功BDhttp://www.jtyhjy.com/edu/ppt/ppt_playVideo.action?mediaVo.resId=55e3bd02af508f0099b1c9ce四、电视显像管的工作原理显像管的介绍原理：电子束在磁场中偏转。主要构造:电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等。 电子束从最上一行到扫描到最后一行叫做一场。电视中每秒要进行50场扫描，因为人眼的“视觉暂留”，所以我们会感觉整个荧光屏都在发光。 电视显像管发射电子，在加速电场中被加速后进入偏转磁场。在偏转磁场作用下，电子束在荧光屏上扫描。电子束在荧光屏上扫描一行后，迅速返回(如图中虚线所示)，再做下一行扫描，直到荧光屏的下端。1. 洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的作用力。 安培力是洛伦兹力的宏观表现 2. 洛伦兹力方向的判断：左手定则。F⊥v、B 所在的平面；负电荷的方向与正电荷的相反3. 洛伦兹力的大小：F = qvBsin θ（ θ 为 B 与 v 的夹角）4. 电视显像管的工作原理1. 试判断各图中带电粒子受洛伦兹力的方向、或带电粒子的电性、或带点粒子的运动方向。洛伦兹力方向
垂直纸面向里洛伦兹力方向
垂直纸面向外F洛BC2. 下列说法中正确的是（ ）
A. 磁场方向、电荷运动方向、洛仑兹力方向三者总是互相垂直的
B. 洛仑兹力方向一定既垂直于磁场方向，又垂直于电荷运动方向
C. 电荷运动方向与磁场方向可能垂直，也可能不垂直，但洛仑兹力方向一定与磁场方向和运动方向都垂直
D. 根据电荷运动方向和洛仑兹力方向，一定能确定磁场方向3. 当一带正电 q 的粒子以速度 v 沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则 （? ）
A. 带电粒子速度大小改变
B. 带电粒子速度方向改变
C. 带电粒子速度大小不变
D. 带电粒子速度方向不变CDU4. 摆长为 L 的单摆在匀强磁场中摆动，摆动中摆线始终绷紧，若摆球带正电，电量为 q，质量为 m，磁感应强度为 B，细绳与竖直方向的夹角为 α 。当小球从如图所示的位置摆到最低处时，摆线上拉力 T 多大？当摆球向右摆到最低点时，速度方向水平向右，洛伦兹力方向竖直向上，如图所示。则：
Tmg = m?解析:摆球在运动中洛伦兹力不做功，由动能定理得：
mgL( 1cosα ) =
v = ?答案：1教学设计
教学主题
磁场对运动电荷的作用力
一、教材分析
本节课是人教版高中物理选修3-1第三章第5节的内容，是安培力的延续，又是后面学习带电体在磁场中运动的基础，是与力学进行综合的完美切入点。本节课中编者通过实验探究和理论推导两种途径让学生去学习、理解洛伦兹力，进一步让学生体验深层次的的科学探究的方法。
二、学生分析
在学习这一内容之 前，学生已完成了电流及安培力的学习，在思维方法方面，已具备了一定的探究能力、逻辑思维能力及推算能力。但是由于日常生活中我们无法用肉眼观察到运动电 荷，学生对电荷在磁场中的运动缺乏感性认知。而我们的学生习惯于形象思维，对微观的物理知识意识较薄弱，知识的系统性也不足。
三、教学目标
◆知识与技能：
（1）会用左手定则判断洛伦兹力的方向；
（2）会计算洛伦兹力的大小；
（3）知道电视显像管的基本构造以及它工作的基本原理。
◆?????过程与方法：
（1）通过对安培力微观本质的猜测，提出洛伦兹力的概念；
（2）通过分组实验对洛伦兹力的方向、判定方法进行探究，培养学生的观察能力
（3）通过推导洛伦兹力的公式，培养学生的逻辑推理能力。
◆情感态度与价值观：
（1）让学生领悟到从生活中获取知识，然后把知识应用到生活
（2）让学生认真体会科学研究最基本的思维方法:“观察—猜想—实验验证”。
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四、教学环境
□简易多媒体教学环境?? □交互式多媒体教学环境?? □网络多媒体环境教学环境?? □移动学习? ?□其他
五、信息技术应用思路（突出三个方面：使用哪些技术？在哪些教学环节如何使用这些技术？使用这些技术的预期效果是？）200字
多 媒体信息技术，应用多媒体展示授课思路，学生能够清楚明确本节课学习目标，学习环节。用多媒体展示视频，学生能都直观的了解实验现象，增强课堂的生动性和 趣味性。利用仿真物理实验室演示带电粒子在磁场中受力的运动情形。让课堂充满活力，好多问题学生不再一味的空想，能够看到实际情况。多媒体展示学生案例， 能够让同学们相互改进，提出不足。
六、教学流程设计（可加行）
教学环节
（如：导入、讲授、复习、训练、实验、研讨、探究、评价、建构）
教师活动
学生活动
信息技术支持（资源、方法、手段等）
导入
上课前播放极光视频
图片展示：
（1）极光的图片；
（2）电视显像管的图片
提出问题：
1、从宇宙深处射来的带电粒子为什么只在地球的两极引起极光？
2、电视显像管的电子只是细细的一束，为什么能使整个屏幕发光？
过渡：解开这些问题的钥匙就是本节课要学习的磁场对运动电荷的作用力
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在观看视频时脑子里闪现出日常生活中所了解的极光知识，让这部分人说出是极光
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根据提出的两个问题，吸引学生的注意力，引起他们的思考。带着思考进入新课学习。
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多媒体，PPT
极光的图片
电视显像管的图片
知识回顾
提问：
1、什么是安培力，表达式是什么？
2、如何判断安培力的的方向
3、电流是如何形成的？
电流的微观表达式是什么
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过渡：磁场对通电流有安培力的作用，电流是运动电荷定向移动形成的，那磁场对电流的作用力可能是作用在什么上呢？荷兰物理学家洛伦兹早在1895年就提出了这一观点，为纪念他的杰出贡献，人们把磁场对运动电荷的作用力命名为洛伦兹力。
板书：1、洛伦兹力
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学生根据上一节课的学习，伸出左手进行判断，第1个问题中安培力的方向分别为：竖直向下、垂直于导体棒斜向上；
安培力的大小为：
?F=BILsinθ??θ为导体棒与电流的夹角
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学生思考后回答：?1、电荷的定向移动形成电流
2、电流的微观表达式I=nqsv
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PPT《运动电荷在磁场中受到的力》.ppt
引入洛伦兹力的概念
讲解：洛伦兹力是磁场对一个一个电荷的作用力，而安培力是磁场对整个通电导线的作用力，这两个力有什么关系呢？
微观上，磁场对每一个电荷都有力的作用，而每一个运动电荷所受洛伦兹力的总和宏观上表现为安培力，所以，洛伦兹力是安培力的微观本质。
板书：F安—F洛
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根据老师的提示，明白安培力和洛伦兹力的关系。
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实验探究洛伦兹力的方向
实验：
（介绍仪器）结合实物图，结合课件介绍阴极射线管：这是一个抽成真空的阴极射线管，接上高压电源，从阴极发射出电子束通过狭缝后，打在长条形的荧光屏上发出荧光，以显示出电子的运动径迹。
让学生提出猜想：1、无磁场时，电子束运动情况
2、有磁场时，电子束的轨迹变化情况如何
3、磁场方向不同，偏转方向有无变化？
（实验操作）
1打开感应圈右侧电压开关，让学生观察电子束的径迹，立即关闭电源。在导学案上记下电子束的受力方向。注意实验过程不要碰触金属部分，防止触电。
下面开始分组试验：
板书：F?⊥?v?，F⊥B
判定方法：左手定则
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让学生结合实物图课件，明白阴极射线管的工作原理。
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让学生通过试验观察，说出：1、无磁场时，电子束的径迹是一条直线；
2、有磁场时电子束发生了弯曲；
3、磁场方向不同，偏转方向不同。
引导学生思考回答：
洛伦兹力的方向特点；判定方式。
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阴极射线管 、小组合作
探究洛伦兹力的大小
若有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，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的匀强磁场中。如何求每个电荷所受到的洛伦兹力？
投影展示：
用投影展示学生的书面推导
继续引导：
1、v=0时洛伦兹力大小，说明对静止的电荷无作用力，对运动的电荷是否就一定有作用力。
2、如果磁场方向与速度的方向不垂直怎么办？?
板书：
3大小：F=qvB（v⊥B）
理解：1、若v//B，F是多少？2、v和B不垂直，F表达式？
思考：洛伦兹力改变不改变电荷的速度大小？
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过渡：利用上面的学习尝试解释一下极光问题。
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停顿、让学生自主思考讨论，口述推导的思路
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学生推导探究：让学生自己把推导过程写在纸上。
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让这位同学上台给大家讲一下，其余学生观察，看自己做得对不对，以及自己有没有犯类似的错误。
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引导学生回答：计算安培力时就得多乘一个sinθ，相应得推出来的洛伦兹力的公式要加一个sinθ，并让学生指出θ是磁场方向与速度方向的夹角
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引导学生回答：
若v⊥B，F=qvB
若v//B, F=0
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引导学生回答：磁场对静止的电荷没有作用力，因为v=0；洛伦兹力对带电粒子不做功，因为洛伦兹力始终与速度垂直
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投影仪
应用规律，成功体验
1.分析极光为什么只在两极引起？
极光是由于宇宙中的高能带电粒子流进入地球南北两极大气层和其附近空气碰撞，夜间会出现灿烂美丽的光辉。
而地磁场对地球起到了一种保护的作用。
练习题
2、视显像管：
思考与讨论：
（1）电子枪发射出电子向右运动，要使它向上偏转打在A点，应加什么方向的磁场？（若打在B点呢？）
（2）如何使电子束从A点逐渐向B点移动呢？
（3）如何使粒子水平向里或向外偏转呢？
（4）为什么可以全屏发光呢？
（5）介绍使电子束发生偏转的线圈叫做偏转线圈
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学生自己审题分析，自主完成解题过程。
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让学生观看电视显像管的实物，了解他的结构
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引导学生回答：
1垂直于纸面向外（方法类似 垂直于纸面向里）
2使垂直于纸面向外的磁场逐渐减小，然后变成垂直于纸面向里的磁场，逐渐增大
3施加竖直方向的磁场
4偏转区施加的磁场大小和方向不断变化，因此打在荧光屏上的光点不断移动而且移动非常快。所以我们感到整个荧光屏都在发光。
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七、教学特色（如为个性化教学所做的调整，为自主学习所做的支持、对学生能力的培养的设计，教与学方式的创新等）200字左右
本节课通过合理地 设计演示实验、探究实验，让学生亲自参与，通过观察、实验，逐步的把所讲的问题引导出来。采用这种方法，遵循了学生的心理特征和认知规律，让学生更容易去 接受。在实验过程中，引导学生的注意力集中到我们所要得到的结论上来。本节课我的设计理念是按照学生获取知识的一般规律，提供跟本节课的有重大关联的极 光、电视显像管的信息，引导学生产生探究的兴趣紧紧围绕让学生带着思考、以科学的方法自主地探究出所学内容这一模式展开教学，以提高学生的分析解决问题的 能力以及实验探究能力。
