人教版高中物理选修3-1教学设计：第三章 磁场 第5节 磁场对运动电荷的作用力

课题：磁场对运动电荷的作用力
一、教材分析与设计思想：
洛伦兹力一节承上(安培力)启下(
( http: / / www.21cnjy.com )带电粒子在磁场中的运动),是本章的核心知识也是教学的重点。本节课由极光现象提出问题，引入新课，结尾对极光现象做简单解释，与引入相呼应。在洛伦兹力的方向、大小和作用效果这三个问题的教学中，突出科学探究过程中“猜想与假设”、
“理论推导”和
“实验探究验证”等环节，着重培养学生动手、动脑和自主学习探究从而获取知识的能力。
二、教学目标
(一)知识与技能
1.知道什么是洛伦兹力.知道洛伦兹力的方向与电荷的运动方向和磁感应强度的方向都
垂直，会用左手定则判断洛伦兹力的方向。
2.知道计算洛伦兹力大小的公式的推导过程.会计算垂直于磁场方向进人匀强磁场的带
电粒子受到洛伦兹力的大小.
4.知道电视显像管的基本构造及工作的基本原理。
(二)过程与方法
1.通过实验,感知洛伦兹力的存在,探究洛伦兹力方向的判断方法.
2.经历由安培力公式推导出洛伦兹力公式的过程，由此体会磁场中通电导线所受的安培
力实际上是运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。
(三)情感态度与价值观
1.通过观察、分析、推理、实验,认真体会科学研究最基本的思维方法:“推理一猜想一
实验验证”.
2.通过了解极光产生的原因和显像管中的磁偏转原理,懂得物理与生活的息息相关,感悟
物理知识的应用价值.
三、教学重点:
1.
用左手定则判断洛伦兹力的方向.
2.洛伦兹力大小的公式F=qvB的推导.
四、教学难点:
1.探究洛伦兹力方向与磁场方向、运动方向之间的关系.
2.洛伦兹力大小表达式的推导与验证
五、教具准备:
阴极射线管、蹄形磁铁、条形磁铁、电火花计时器、洛伦兹力演示仪、磁传感器、数字电压表、摄像头
六、教学过程:
引入：
师：先请同学们看一段视频（播放极光视频）
师问：同学们，这是什么现象？
生答：极光现象
师：那么，极光是发生在地球的高纬度地区还是
( http: / / www.21cnjy.com )低纬度地区？为什么在赤道这样的低纬度地区看不到极光现象呢？要解决这个问题，让我们一起来学习今天这节课
（板书）：磁场对运动电荷的作用力
新课：
磁场对运动电荷有没有作用力呢？我们可以通过实验来探究，在做实验之前，先来认识桌上的一个仪器--------阴极射线管。
【投影】介绍阴极射线管：
真空管内的阴极在高压作用下发射出电子，经电
( http: / / www.21cnjy.com )场加速，通过狭缝形成高速运动的电子流,我们不能直接观察到电子的运动，让电子流轰击长条形的荧光屏，屏发出荧光能显示出电子的运动径迹。
探究
磁场对运动电荷的作用力
师：我们利用电火花计时器输
( http: / / www.21cnjy.com )出的高压加在阴极射线管两端，同学们打开电火花计时器的开关，观察到什么现象？（从运动轨迹上看，电子做直线运动。）将蹄形磁铁靠近阴极射线管
会发生什么现象呢？
师：请同学分析一下实验现象（没有磁场时
( http: / / www.21cnjy.com )，电子束沿直线运动，磁铁靠近，运动径迹发生了弯曲。为什么会弯曲呢？这表明磁场对运动的电子有力的作用。）
师：这个实验说明磁场对运动电荷有力的作用。
介绍：荷兰物理学家洛伦兹对此作了深入的研究。为了纪念洛伦兹的贡献，人们将这个力命名为洛伦兹力。
板书：一、洛伦兹力
对于这个刚认识的力，我们最想了解它的什么？（大小怎么计算，方向如何判断，有什么样的作用效果）下面我们就先来探究洛伦兹力的方向。
探究
洛伦兹力的方向
板书：1.方向：（投影图片）洛伦兹
( http: / / www.21cnjy.com )力的方向与什么因素有关？我们可以采取控制变量法，先保持电子的v方向不变，研究洛伦兹力的方向与磁感应强度B方向的关系。
观察并记录甲乙两图中洛伦兹力的方向
画出F、B、v的方向关系图（可以画正视图）
学生上黑板画出三者方向的正视图，提
( http: / / www.21cnjy.com )问：
F方向与B方向是否有关？有什么样的关系？（v方向不变时，改变B方向，F方向改变。）我们也可以保持B不变，改变V方向，研究洛伦兹力的方向。实验表明：洛伦兹力的方向与B、v的方向都有关系（板书）。怎么表示这三种方向间的关系呢？
以甲图为例，我们能否用左手来表示出这三者的关系呢？学生黑板前展示。
这位同学总结出来的方法，我们只要知道其中两个
( http: / / www.21cnjy.com )量的方向，就可以判断出第三个量的方向。这实际上是给出了一种判断洛伦兹力方向的方法。我们把这种方法叫做左手定则。
板书：左手定则判定。但要注意四指的指向。如果是正电荷运动，四指指向正电荷运动方向，如果是负电荷运动，四指指向负电荷运动的反方向。
巩固练习：试判断图中的带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力的方向
掌握了洛伦兹力的方向问题，我们再来研究：洛伦兹力的大小与什么因素有关？
探究
洛伦兹力的大小
板书：2.大小
洛伦兹力的大小与哪些因素有
( http: / / www.21cnjy.com )关，我们可以从最简单的情况分析，让一个带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场，求洛伦兹力大小。对这个问题，我们先进行理论推导
播放动画，提问学生分析：大量运动电荷所受洛伦兹力的合力表现为导线所受的安培力。
小结：安培力是洛伦兹力的宏观表现；洛仑兹力是安培力的微观本质
如果这段导线内部定向运动的电荷总数为N，则有F安=NF洛（板书）
我们尝试由安培力的表达式导出洛伦兹力的表达式。
教师提示投影中的四个问题，学生交流讨论，推导得出结论，学生黑板板演，讲解展示
（设有一段长为L，横截面
( http: / / www.21cnjy.com )积为S的直导线，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）
板书：v⊥B，F洛=qvB
指出各个物理量的单位。
小结：洛伦兹力大小，（1）v⊥B，F洛
( http: / / www.21cnjy.com )=qvB
（2）v∥B，F洛=？你能否用刚才的方法从理论上推导出结论呢？（3）
v与B成θ时，F洛=？学生分析
接下来我们再来探究洛伦兹力的作用效果，
探究
洛伦兹力的作用效果
板书：3.作用效果
投影分析F洛方向与带电粒子V方向始终垂直，
板书：只改变速度方向，不改变速度大小，永不做功。
师：同学们，刚才我们通过理论探究得出了洛伦兹力的大小表达式，下面我们再通过实验来验证一下。
实验验证：
v⊥B时，洛伦兹力大小表达式F
=
q
v
B
。思考：如何验证？需要测哪些物理量？如何测量？
电荷量/C
1.60E-19
1.60E-19
1.60E-19
电子质量/kg
9.10E-31
9.10E-31
9.10E-31
加速电压/v
0
0
0
轨迹直径/m
0
0
0
磁感应强度/T
0.00E+00
0.00E+00
0.00E+00
结论：通过实验验证了刚才的理论推导是正确的。
板书：二、应用
最后我们看一下磁场对运动电荷的作用在实
( http: / / www.21cnjy.com )际中的应用，显像管的工作原理，介绍：电子枪射出的电子做直线运动，在荧光屏中间能看到一个亮点，怎么样才能让电子打到屏上的其它位置呢？加偏转磁场。
提问：要是电子打在A点，偏转磁场应该沿什么方向？垂直纸面向外。
思考：（1）如何打在AO区域？如何打在OB一侧？
（2）如何让电子束能打到整个屏幕？
检测题
1.为了研究某种放射源发出的未知射线，研究人员把放射源置于匀强磁场中，射线分裂成a、b、c三束，请分析三束射线的电性。
2.某带电粒子的电量为q=10-14C,以速率v=106m/s射入B=10-2T的匀强磁场中，求它受到的洛伦兹力F多大？
最后播放极光动画，对自然现象极光做初步解释。
简单小结本节课内容。
板书设计
磁场对运动电荷的作用力
一．洛伦兹力
二．应用
1.方向：
显像管原理
与B、v方向有关
左手定则判定
2.大小：
理论推导
v⊥B，F洛=qvB
3.作用效果：
只改变速度方向，不改变速度大小
永不做功