6.2 磁场对运动电荷的作用 教案 (2)

6.2《磁场对运动电荷的作用》教案
　　一、教学目标
　　（一）知识与技能
　　1．知道什么是洛仑兹力，会用左手定则判定洛仑兹力方向，会计算洛伦兹力大小。
　　2．由安培力大小推导运动电荷所受的洛仑兹力大小，培养学生的迁移能力。
　　（二）过程与方法
　　1．通过复习安培力方向，电流与电荷运动方向的关系，猜想洛伦兹方向，再利用实验加以探究验证，使学生对安培力和洛伦兹力有统一认识。
　　2．通过复习安培力大小，电流微观表达式，理论推导洛伦兹力大小，让学生意识到安培力是洛伦兹力的宏观表现。
　　3．通过思考讨论的方式认识洛伦兹力的作用效果。
　　（三）情感态度与价值观
　　1．通过实验探究培养学生科学分析的习惯，即“假设──推理──实验验证”。
　　2．从安培力的角度研究洛伦兹力的方向、大小，使其学生建立宏观、微观的概念，感受物理规律的统一美。
　　二、教学重点、难点：洛伦滋力的大小和方向
　　三、教具：高压感应圈，阴极射线管，条形磁铁等
　　四、教学过程
　　1．习题导入
　　习题：如图1，电子束水平向右从小磁针上方飞过，试判断小磁针极如何偏转？
　　通过此题引导学生体会：
　　（1）“运动的电荷”可等效成“电流”，且等效电流方向与正电荷运动方向相同，与负电荷运动方向相反。
　　（2）运动电荷如同电流一样，可在周围产生磁场。
　　师：磁场对电流有安培力作用，“运动的电荷”可等效成“电流”，容易想到：磁场对“运动电荷”有无力的作用？（让学生短时间思考猜测）
　　2．实验探究
　　师：介绍实验装置
高压圈
阴极射线管
　　演示：不加磁场时，电子不受力，作直线运动，如图2；拿一条形磁铁靠近玻璃管，运动的电子处在磁场中，观察发生的现象，如图3

图2
图3
　　生：电子发生了偏转
　　师：这说明了什么？
　　生：磁场对运动的电子有力的作用
　　师：磁场对运动电荷确实有力的作用。荷兰物理学家洛伦兹首先提出：运动电荷能产生磁场；磁场对运动电荷有力的作用。物理学上把磁场对运动电荷的作用力称为洛伦兹力．
　　教师引导学生：认识一种新的力应研究它的三要素。
　　3．洛伦兹力方向的判断
　　回忆安培力方向判断方法──左手定则内容，结合习题结论：等效电流方向与正电荷运动方向相同，与负电荷运动方向相反，引导学生猜测：洛伦兹力方向也可用左手定则判断。磁感线垂直穿过左手心，四指指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向，拇指指应为洛伦兹力方向
　　实验验证：如图4，让条形磁铁的N极正对电子束，观察电子偏转方向，与用左手定则判断的结果一致；如图5，让S极正对电子束，重复验证。

图4 图5
　　总结归纳：洛伦兹力方向由左手定则判定。磁感线垂直穿过左手心，四指指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向，那么拇指的指向就是洛伦兹力的方向。
　　尝试应用：试判断图6中带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力的方向


图6
　　4．洛伦兹力大小的计算
　　如图7，大量电荷定向移动形成电流，把电流垂直放入磁场中，每一个运动电荷都要受到洛伦兹力，这些洛伦兹力的集体（宏观）表现就是安培力。
　　引导学生回答下列问题：
　　（1）若图7中的一段导线内有个自由电荷，则安培力与洛伦兹大小有什么关系？（）
　　（2）若图7中导线长设为，电流设为，磁感应强度为，导线所受安培力多大？（）
　　（3）每个自由电荷的电量为，图7中的总电量为多少？（）
　　电荷定向移动的速率为，这些电量全部从通过，用时多少？（）
　　电流如何表达？（）
　　师：根据上述条件，能否推导出的计算式？
　　生：
　　师：上述推导中与在方向有什么要求？
　　生：电荷运动方向应当与磁场方向垂直。
　　总结：当电荷运动方向与磁场垂直时：，上述各物理量的单位分别为：、、、
　　练习2．电子的速率,沿着与磁场垂直的方向射入的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？电子的质量，它受到的重力是多大？
　　，，通过此题一方面让学生熟悉洛伦兹力的公式，另一方面让学体会分析演示实验时，重力可以忽略的原因。
　　师：当电荷的运动方向与磁场方向平行时，是否受洛伦兹力呢？
　　生：不受，因为前节已证明当通电导体和磁场平行时，磁场对导体没有作用力。
　　总结：当电荷运动方向与磁场方向平行时，受到的洛仑兹力等于零；当电荷运动方向与磁场方向垂直时，受到的洛仑兹力。
　　思考讨论：当电荷运动方向与磁场方向成角时，受到的洛伦兹力多大？（提示：分解速度或磁感应强度）
　　5．洛伦兹力作用效果
　　讨论：洛伦兹力方向与电荷运动方向有何关系？
　　洛伦兹是否对电荷做功？
　　洛伦兹力对电荷速度大小、方向有何影响？

　　6．结课，布置作业