3.5磁场对运动电荷的作用力
教学目标
（一）知识与技能
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。
（二）过程与方法
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。
（三）情感、态度与价值观
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”
教学重点
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。
教学难点
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。
教学活动
（一）引入新课
（复习提问）1、磁场对通电导线的作用力的大小和方向?
安培力的大小：
安培力的方向：左手定则
（1）如图，判定安培力的方向
2、磁场对电流有力的作用,电流是怎样形成的呢?
电荷的定向移动形成电流。
磁场对电流有力的作用，电流是由电荷的定向移动形成的，大家会想到什么？
这个力可能是作用在运动电荷上的，而安培力是作用在运动电荷上的力的宏观表现。
［演示实验］用阴极射线管研究磁场对运动电荷的作用。
说明电子射线管的原理：
从阴极发射出来电子，在阴阳两极间的高压作用下，使电子加速，形成电子束，轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以显示电子束的运动轨迹。
实验现象：在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将蹄形磁铁靠近阴极射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。
分析得出结论：磁场对运动电荷有作用。
（二）进行新课
1、洛伦兹力
运动电荷在磁场中受到的作用力称为洛伦兹力。通电导线在磁场中所受安培力实际是洛伦兹力的宏观表现。
2、洛伦兹力的方向
左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都和手掌在一个平面内，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向正电荷运动的方向，那么，大拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。
负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反
课堂训练
1、试判断下图中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向。
利用上题由学生分析总结出下列几点
1、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、洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面
洛伦兹力永远与速度方向垂直
洛伦兹力的大小
【思考与讨论】:
洛伦兹力大小可能会与哪些因素有关?
学生猜想：
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：
1.磁感应强度B
2.电荷量q
3.电荷运动快慢v
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的磁场中。
这段导体所受的安培力为 F安=BIL
电流强度I的微观表达式为 I=nqSv
这段导体中含有自由电荷数为 N=nLS。
安培力可以看作是作用在每个运动上的洛伦兹力F的合力，这段导体中含有的自由电荷数为nLS，所以每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为
总结：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
(v垂直B）
问题:若带电粒子不垂直射入磁场,电子受到的洛伦兹力又如何呢?
θ为B和v之间的夹角
当运动电荷的速度v方向与磁感应强度B的方向不垂直时，设夹角为θ，则电荷所受的洛伦兹力大小为
上式中各量的单位：
为牛（N），q为库伦（C），v为米/秒（m/s），B为特斯拉（T）
【思考与讨论】:
同学们讨论一下带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力对带电粒子是否做功？
引导学生分析得：
洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面即洛伦兹力垂直于速度方向，因此
洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，所以洛伦兹力对电荷不做功。
课堂训练
1、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
2、电子的速率v=3×106 m/s，垂直射入B=0.10 T的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？
3、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.电子的速度始终不变. D.电子的动能始终不变
4、来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将( )
A．竖直向下沿直线射向地面 B．相对于预定地面向东偏转
C．相对于预定点稍向西偏转 D．相对于预定点稍向北偏转
小 结
1、洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力
安培力是洛伦兹力的宏观表现
2、洛伦兹力的方向：左手定则
F ⊥ v F ⊥ B
3、洛伦兹力的大小： F洛=qVBsinθ
V⊥B F洛=qVB
V∥B F洛= 0
4、特点：洛伦兹力只改变力的方向，不改变力的大小，
洛伦兹力对运动电荷不做功
课件24张PPT。3.5 磁场对
运动电荷的作用力复习回顾方向：运用左手定则判断安培力的方向安培力:1、磁场对通电导线的作用力θ为B和I
之间的夹角 大小：左手定则为什么磁场对通电导线有作用力？大小：安培力:2、通电导线中的电流是怎样形成的呢? 【思考】:既然磁场对电流有力的作用,而电流是由电荷的定向移动形成的.那么磁场是否对运动电荷也有作用力呢－安培力的微观解释.swf?电荷的定向移动形成的1、磁场对通电导线的作用力方向：左手定则复习回顾电子射线管的原理：
从阴极发射出来电子，在阴阳两极间的高压作用下，使电子加速，形成电子束，轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以显示电子束的运动轨迹。电子管.swf实验现象：
在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将蹄形磁铁靠近阴极射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。结论：磁场对运动电荷有作用。 洛伦兹力.swf让事实说话运动电荷在磁场中受到的作用力叫做洛伦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磁场对电流有安培力的作用,而电流是由电荷定向运动形成的,且磁场对运动电荷有洛伦兹力的作用.所以磁场对电流的安培力就是磁场对运动电荷的洛伦兹力的宏观表现一、洛伦兹力为什么磁场对通电导线有作用力？如果是负电荷,我们应如何判定洛伦兹力的方向?二、洛伦兹力的方向左手定则：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使正电荷所受洛伦兹力的方向 BBＦ垂直于纸面向外Ｆ垂直于纸面向外1、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、洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面甲乙丙丁训练加固：试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向 心得体会【思考】:
洛伦兹力大小可能会与哪些因素有关?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：1.磁感应强度B2.电荷量q3.电荷运动快慢v三、洛伦兹力大小（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设有一段长为L，横截面积为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，求三、洛伦兹力大小电荷量为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(v垂直B）问题:若带电粒子不垂直射入磁场,电子受到的洛伦兹力又如何呢?θ为B和v
之间的夹角 三、洛伦兹力大小当运动电荷的速度v方向与磁感应强度B方向的夹角为θ，电荷所受的洛伦兹力大小为 上式中各量的单位：
F洛为N，q为C，v为m/s，B为T三、洛伦兹力大小1.带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力对带电粒子是否做功？2.带电粒子在磁场中运动时受洛伦兹力.而带电粒子在电场中受电场力.那么洛伦兹力与电场力有何区别？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2.洛伦兹力只改变速度的方向,
不改变速度的大小3.洛伦兹力对电荷不做功电荷在电场中一定受到电场力的作用，与其运动状态无关；而电荷在磁场中不一定受到磁场力作用，只有相对于磁场运动且运动方向与磁场方向不平行的电荷才受磁场力作用。2.大小：F电＝Eq,F洛=Bqvsinθ。3.电荷所受电场力方向总是平行于电场线的切线方向；而电荷所受磁场力的方向总是既垂直于磁场方向，又垂直于运动方向。4.电场力要对运动电荷做功（电荷在等势面上运动除外）；而电荷在磁场中运动时，磁场力一定不会对电荷做功。主要构造:电子枪（阴极）、偏转线圈、
荧光屏等四、电视显像管的工作原理1.若要使电子束在水平方向偏离中心,打在荧光屏上的A点,偏转磁场应该沿什么方向?2.若要使电子束打在Ｂ点,磁场应该沿什么方向?3.若要使电子束打在荧光屏上的位置由B逐渐向A点移动,偏转磁场应该怎样变化?【思考与讨论】原理：应用电子束磁偏转的道理四、电视显像管的工作原理沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场的带电粒子,在磁场中将做什么运动?F洛=qvB
=1.60×10-19×3×106×0.10N
=4.8×10-14N 电子的速率v=3×106m/s,垂直射入B=0.10T的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？课 堂 练 习 解：因为v垂直B，所以所受洛伦兹力大小 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CD课 堂 练 习 电荷量为＋q的粒子在匀强磁场中运动，下列说法正确的是( )
A．只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同
B．如果把＋q改为-q，且速度反向，大小不变，则洛伦兹力的大小方向不变
C．洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直
D．粒子的速度一定变化B课 堂 练 习 来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将( )
A．竖直向下沿直线射向地面
B．相对于预定地面向东偏转
C．相对于预定点稍向西偏转
D．相对于预定点稍向北偏转B课 堂 练 习课 堂 练 习在图所示的平行板之间,电场强度E和磁感应强度B相互垂直,具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同.这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来,所以叫做速度选择器.若带正电粒子入射速度 ,则下列说法正确的是( )A.粒子动能一定增加,电场力做正功B.粒子所受洛伦兹力一定增大,洛伦兹力做正功C.粒子动能一定减少, 洛伦兹力不做功D.电场力不做功,洛伦兹力做正功+ + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - BE+qA课 堂 练 习B半导体靠自由电子(带负电)和空穴(相当于带正电)导电,分为p型半导体靠自由电子(带负电)和空穴(相当于带正电)导电,分为p型和n型两种.p型中空穴为多数载流子;n型中自由电子为多数载流子.用以下实验可以判定一块半导体材料是p型还是n型:将材料放在匀强磁场中.通以图示方向的电流I.用电压表判定上下两个表面的电势高低.从而判定判定一块半导体材料是p型还是n型.试分析原因I若上极板电势高.就是p型半导体;若下极板电势高.就是n型半导体.课 堂 练 习若有一电子束以垂直于纸面向里的速度从O点射入.则电子的运动轨迹?绕有绝缘的通电导线的铁环,电流方向如图所示.向右偏转向左偏转向下偏转向上偏转
