物理：《磁场对运动电荷的作用》教案（2）（鲁科版选修3-1）

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第2节 磁场对运动电荷的作用（1课时）
【教学目的】
（1） 通过实验认识洛仑兹力，知道什么叫做洛仑兹力；通过实验了解到洛仑兹力的方向与哪些因素有关，会用左手定则判定洛仑兹力的方向。
（2） 知道当v与B垂直时，运动电荷受到的洛仑兹力最大，F=qvB；当v与B平行时，运动电荷受到的洛仑兹力最小为零；会在v与B互成角度时利用分解求洛仑兹力的大小。
（3） 了解假说思维方式对科学理论发展的重要作用，认识到这种思维方式有坚实的理论和实践基础。学会用这种方式进行科学思维。
【教学重点】21世纪教育网
使学生掌握运动电荷在磁场中所受洛仑兹力大小的决定因素、计算公式以及方向的判定
【教学难点】
能熟练地运用左手定则判断运动电荷（尤其是负电荷）受到的洛仑兹力的方向，
【教学媒体】
马蹄形磁铁、高压直流电源（15KV）、导线、阴极射线管（磁效应管）。
【教学安排】
【新课导入】
（1）复习上节课所讲内容(能够产生磁场的物质，磁场能对哪些场中的物体产生力的作用)
（2）既然通电导线的实质是运动的电荷。那么通电导线的受力也就就意味着运动电荷在磁场中会受到磁场力的作用，我们把这种力叫做洛仑兹力。（补充板书：磁场→运动电荷——受力方向/大小）
【新课内容】
实验证明洛仑兹力的存在。
展示磁效应管，说明实验装置和实验原理。
连接电路，观察高速电子流的运动方向和轨迹。并板画出平面视图。
将马蹄形磁铁靠近电子流，观察其径迹的方向变化。
实验说明运动的电子会受到马蹄形磁铁通过磁场施加的作用力。
对比实验：带电的通草球在静止时不受磁场作用。（参书P129/实验与探究）[来源:21世纪教育网]
探索洛仑兹力的方向。
改变马蹄形磁铁的摆放方式，引导学生观察电子流的运动方向改变。这说明洛仑兹力的方向与什么有关？让大家猜想洛仑兹力的方向还与什么有关？（电子的运动方向/实验证实）
将各种情况下的磁场、电子运动方向和偏转轨迹（标明洛仑兹力方向）都画成平面视图。引导学生观察并思考洛仑兹力的方向有何规律。提示：思考电子运动和电流的关系。
归纳学生的表述，给出：洛仑兹力也可以用左手定则来表示。伸出左手，使拇指与其余四指垂直，让磁感线垂直穿过掌心，四指指向正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向（都是电流的方向），则大拇指指的就是洛仑兹力的方向。并板书结果。
课堂巩固练习：手册P130/1。
（3）洛仑兹力的大小。请大家猜想洛仑兹力的大小与哪些因素有关？要说出理由。（引导学生从安培力的大小中思考。
分析出：1、当电荷运动方向与磁场平行时，不受洛仑兹力。垂直时受力最大。
2、电荷电量越大，运动速度越快，相当于电流越大，所以受力也越大。
3、磁场越强，受力越大。
演示实验证实猜想：改变磁场与速度的夹角，观察粒子的偏转减弱，说明洛仑兹力减小。增强磁场并保持磁场与速度垂直，发现偏转增强，说明洛仑兹力增大。
综上分析，进行理论推导。对于流动的物体，此处为运动电荷，可以采用设定时间t，若电荷运动方向与磁场垂直，则电流与磁场垂直。F=IBL，此时F为导线中n个电荷所受洛仑兹力的总和。研究t时间内的电量（Q=It），电流受力F=IBL=QBL/t，其中Q=nq，L/t=v，所以f=F/n=qBv。
强调f=qBv只能用于速度与磁场垂直的情况。
例题：书P132/例——要求通过例题掌握公式，并复习巩固加速电场的计算方法以及了解质子、电子、α粒子和正、负离子的意思。并知道对带电粒子而言，电场力和磁场力都远大于重力，通常都可以忽略不计。[来源:21世纪教育网]21世纪教育网
随堂巩固：
手册P129/例1、2巩固立体图的画法、了解加入洛仑兹力之后怎么进行受力分析。P130/4、521世纪教育网
洛仑兹力对运动电荷的作用。洛仑兹力总是与速度垂直，与磁场方向也垂直，即垂直于速度和磁场构成的平面。所以，请大家注意，无论粒子怎么飞入磁场，磁场对运动电荷的洛仑兹力大小如何，洛仑兹力对运动电荷不做功——不改变速度的大小，只改变速度的方向。粒子的速度大小要是改变了，一定是其他力做功造成的。
例：手册P131/7
生活中的洛仑兹力：
1、极光（aurora）：在晴朗的夜晚，北极地区和南极地区的上空会浮现和闪耀绚丽多彩的道道强光，通常黄绿相映，有时还出现红、蓝、紫色，其强度作时慢时快的浮动，这就是极光。极光出现时，景象壮观，道道极光平行列成长排，好似光彩熠熠的帷幕。极光起因于太空中带电粒子与地球大气层中原子和分子的碰撞。极光现象与太阳表面活动有密切联系。太阳常发生大量炽热气体的猛烈喷发（耀斑现象），此时有大量的高能带电粒子流射入太空，部分进入地球大气层被吸引到地球磁极附近，随即出现极光现象。当宇宙中的高能粒子进入地球磁场的区域时，其中的带电粒子如果是向下进入地磁场的，则在赤道上，南北方向的地磁场的作用力下正电荷向东，负电荷向西偏，而向东的正电荷，向西的负电荷都向上偏转，离开地球，不会落向地面。要是粒子在南北半球，则地磁场有向上和向下分量，会使粒子向南北极偏转，从而落向南北极。当这些运动电荷与大气层中的原子、分子碰撞时，会撞出原子和分子中的电子。在游离电子与离子结合时，便发出强光。所以地磁场保护了人类聚居区不受强电磁辐射的危害。是地球除大气之外的又一保护层。
2、显象管（picture tube）：能够将电信号转换为光图像的电子束管。可分为黑白显像管和彩色显像管两大类。显像管由电子枪、荧光屏和玻璃外壳三部分组成，如图所示。电子枪位于细圆柱形管颈内，它发射出高速电子束撞击到荧光屏上。在荧光屏内表面涂敷有荧光粉，当电子枪发射出的高速电子撞击荧光屏时，屏上的荧光粉便会受激发光。显像管结构原理图显像管屏幕从正面看近似长方形，显像管的尺寸是指屏幕对角线的长度。电视机的质量指标如图像的清晰度、灰度、对比度、亮度、色度等最终都要表现在显像管上，因此，要获得高质量的电视图像，就必须要有一个高质量的显像管。如果没有磁场，电子枪射出的高能粒子只能在屏幕正中心打出一个亮点。而我们在颈部加上磁场如左图所示，请大家判断一下，当如图加上电流时，电子如何偏转？若线圈位置与图中垂直，为上下线圈，则电子又如何偏转。以往所学中有没有类似的器材（示波器），它的工作原理是什么（在匀强电场中偏转）。两者的差别是什么？（示波器为电偏转，在电场中做类平抛运动，离开电场后直线前进；电视机为磁偏转，运动类型不可能为平抛，因为粒子所受洛仑兹力是变力，其方向随速度方向不断变化。
【课后作业】
教科书P133/1、4
【课后反思】
通电导线——受力方向：左手定则
（安培力） 大小F=IBLsinθ（θ为B和I之间的夹角）
磁体——受力方向：N极受力沿磁场方向
大小：不明）
磁体——外部磁场N到S，内部S到N
磁场
通电导线——磁场用右手螺旋定则判定
运动电荷——磁场用右手螺旋定则判定
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