中小学教育资源及组卷应用平台
人教版物理选择性必修二磁场对运动电荷的作用力
教学设计
课题
磁场对通电导线的作用力
单元
1
学科
物理
年级
高二
教材分析
本节既是安培力知识的延续，又是为下一节《电荷在匀强磁场中的运动》的学习打基础，而且在以后的综合问题中经常会涉及到洛伦兹力与电场力等其它力的综合。在近两年的高考中都是以大题的形式出现，可见其重要性。
教学目标与核心素养
一、教学目标1.通过观察电子在磁场中偏转的演示实验，感知磁场对运动电荷的作用力，即洛伦兹力。2.通过类比通电导线受安培力作用，学会利用左手定则判定洛伦兹力的方向。
3.通过建立洛伦兹力与安培力的微观、宏观联系，推导洛伦兹力的大小，掌握垂直磁场方向进入磁场的带电粒子所受洛伦兹力大小的计算方法。
4.通过洛伦兹力的定义式，理解洛伦兹力对运动电荷永不做功。
5.通过投影展示，了解电视机显像管的工作原理。
二、核心素养物理观念：知道什么是洛伦兹力，会利用左手定则判断洛伦兹力的方向科学思维：探究洛伦兹力大小的推理过程科学探究：经历理论推导洛伦兹力大小的过程，启发学生主动思考，培养学生的逻辑思维能力和探究能力。科学态度与责任：引导学生进一步学会观察、分析、推理，培养学生的科学思维和研究方法。
重点
1.利用左手定则判断洛伦兹力的方向。
2.掌握垂直磁场方向进入磁场的带电粒子受到的洛兹力大小的计算方法。
难点
1.洛伦兹力方向的判定。
2.理解洛伦兹力对运动电荷永不做功。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
复习：电荷的定向移动形成电流，磁场对电流有力的作用即安培力，安培力的方向可以用左手定则来判定思考:磁场对电流有力的作用，电流是由电荷的定移动形成的，那么，这个力可不可能是作用在运动电荷的，而安培力则是作用在运动电荷上的力的宏观表现呢?引入：通过美丽的极光图片，引导学生思考从宇宙深处射来的带电粒子为什么在地球的两极引起如此美丽的现象？演示：观察电子東在磁场中的偏转。如图所示，玻璃管已经抽成真空，当左右两个电极分别连接到高压电源两极时，阴极会发射电子。电子在电场的加速下飞向阳极。挡板上有一个扁平的狭缝，电子飞过挡板后形成一个扁平的电子束。长条形的荧光板在阳极端稍稍倾向轴线，电子束掠射到荧光板上，显示出电子的径迹。没有磁场时，电子東呈一条直线。用一个磁铁在电子東的路径上施加磁场，尝试用不同方向的磁场对电子東的径迹施加影响，从而判断运动的电子在不同方向的磁场中的受力方向。
现象：在没有外加磁场时，电子束沿直线运动。在电子的路径上施加磁场，电子東的径迹会发生弯曲。改变磁场方向，电子会向相反方向弯曲。结论：这说明磁场对运动电荷有力的作用。本节课我们就一起来学习磁场对运动电荷的作用
1.课前复习安培力方向判断方法，从宏观和微观两方面了解电流和运动电荷的关系。
2.课前预习本节知识的重难点。3、学生观察试验现象并思考。
引出洛伦兹力的概念，引导学生思考洛伦兹力的方向影响因素。
讲授新课
1.洛伦兹力的定义
运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力。通电导线在磁场中受到的安培力，实际是洛伦兹力的宏观表现。
2.洛伦兹力的方向
我们用左手定则可以判定安培力的方向，因此，也可以用左手定则判定洛伦兹力的方向
左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向正电荷运动的方向，这时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。如果运动的是负电荷，则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。洛伦兹力的方向与电荷的电性及电荷的运动方向有关，同一电荷在同一位置的受力方向也不一定相同。在相同情况下，负电荷的受力方向与正电荷的受力方向相反。思考：B、v、F三者方向间的相互关系。
甲
v与B垂直
乙
v与B不垂直如图所示，B与可以垂直，可以不垂直。而F总垂直于B与所在的平面。练习：试判断下列各图中的带电粒子刚进人磁场时所受的落伦兹力的方向。
答案：3.洛伦兹力的大小
思考：导线中带电粒子的定向移动形成了电流。电荷定向运动时所受洛伦兹力的合力，表现为导线所受的安培力。按照这个思路，请你尝试由安培力的表达式导出洛伦兹力的表达式。
这时只讨论比较简单的情况:导线的方向与磁场的方向垂直，安培力的大小可以表示为F=BIL。这种情况下导线是电荷定向运动的方向，也与磁场的方向垂直。可以按照以下逻辑线索进行推导：①如图所示，设静止导线中定向运动的带电粒子的速度都是v，单位体积内的粒子数为n。算出图中一段导线中的粒子数，这就是在时间t内通过横截面S的粒子数，粒子的电荷量记为q，由此可以算出q与电流I的关系。②写出这段长为L=vt的导线所受安培力F安。③求出每个粒子所受的力，等于洛伦兹力F洛。这时，许多中间量，如n、S、t等都应不再出现。
推导时仍然可以认为做定向运动的电荷是正电荷，所得结果具有普遍性。
(1)洛伦兹力公式的推导
问题：这段导体所受的安培力为多大？
F安=BIL问题：电流的微观表达式是什么？
I=nqSv
问题：这段导体中含有多少个自由电荷？
N=nLS
问题：每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为多大？(2)洛伦兹力公式电荷量为q的粒子以速度运动时，如果速度方向与
磁感应强度B的方向垂直，那么粒子受到的洛伦兹力为
F=qvB。公式中各物理量的单位：F为N，q为C，v为m/s，B为T。问题：若电荷的运动方向不垂直于磁场，电荷受到的洛伦兹力又如何呢？由通电导线不垂直于磁场时受到的安培力入手分析由F安=BILsinθ可得F洛=
qvBsinθ=qvB⊥=qv⊥B。说明①θ角为电荷运动方向与磁场方向的夹角。
②θ=90°时，F=qvB；θ=0°时，F=0。③因为B为矢量，
Bsinθ为B在垂直方向上的分量，Bcosθ为B沿方向上的分量。④因为v为矢量，vsinθ为在垂直B方向上的分量，vcosθ为沿B方向上的分量。
思考：带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力对带电粒子是否做功？洛伦兹力的方向垂直于如、B所在的平面，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，所以洛伦兹力对运动电荷不做功。4.洛伦兹力的特点(1)运动的电荷才有可能受到洛伦兹力，静止的电荷在磁场中不受洛伦兹力。(2)洛伦兹力的大小和方向都与带电粒子的运动状态有关。(3)洛伦兹力对运动电荷不做功，不改变运动电荷的速度大小，只改变运动电荷的速度方向。
思考：带电粒子在磁场和电场中的受力情况有什么区别呢？①电场对静止或运动的带电粒子都有电场力的作用，磁场只对运动的带电粒子有磁场力(洛伦兹力)的作用(条件是与B不平行)②电场力与电场强度E的方向相同(正电荷)或相反(负电荷)，洛伦兹力与磁感应强度B的方向垂直。③电场力不受粒子运动速度的影响，洛伦兹力则与粒子的运动速度有关。5.电子東的磁偏转显像管电视机应用了电子東磁偏转的原理，显像管中有一个电子，工作时它能发射高速电子，荧光屏被电子撞击就能发光。可是，很细的一東电子打在荧光屏上只能使一个点发光，而实际上要使整个荧光屏发光，这就要靠磁场来使电子東偏转了
(1)显像管的构成显像管由电子枪、偏转线圈和荧光屏等组成。(2)显像管的工作原理思考：从图中可以看出，没有磁场时，电子東打在荧光屏正中的O点。为使电子東偏转，由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场。(1)要使电子東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)要使电子束打在B点，磁场应该沿什么方向？(3)要使电子束打在荧光屏上的位置由B点逐渐向A
点移动，偏转磁场应该怎样变化？引导学生阅读教材第9页的相关内容，进一步了解显像管的工作过程，思考并回答以上问题。要使电子打在A点，偏转磁场应该垂直纸面向外；要
是电子打在B点，偏转磁场应该垂直纸面向里;要是电子打在荧光屏上的位置从A点向B点逐渐移动，偏转磁场应该先垂直纸面向外并逐渐减小，然后垂直纸面向里并逐渐增大。实际上，在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化，因此电子束打在荧光屏上的光点就像下图那样不断移动，这在显示技术中叫作扫描。电子从最上一行到最下一行扫描一遍叫作一场，电视机中的显像管每秒要进行50场扫描，所以我们感到整个荧光屏都在发光。
使电子東偏转的磁场是由两对线圈产生的，叫作偏转线圈。为了与显像管的管颈贴在一起，偏转线圈做成马鞍形，如图所示。课堂练习1．下列各图中，带负电粒子的运动方向、所受洛伦兹力的方向与磁场方向的关系正确的是（ ）
A
BC
D
答案：B2.下列有关安培力和洛伦兹力的说法正确的是（ ）A．判断安培力的方向用左手定则，判断洛伦兹力的方向用右手定则
B．安培力与洛伦兹力的本质相同，所以安培力和洛伦兹力都不做功
C．一小段通电导体在磁场中某位置受到的安培力为零，但该位置的磁感应强度不一定为零
D．静止的电荷在磁场中一定不受洛伦兹力作用，运动的电荷在磁场中一定受到洛伦兹力的作用答案：C3.一个初速度为零的质子，经过电压为U的电场加速后，垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场，已知质子质量m，电量q，试求：（1）质子进入磁场中的速度大小；（2）质子在磁场中运动时受到的洛仑兹力的大小．答案：解：（1）穿越电场过程中，由动能定理：，解得：
（2）进入磁场受到的洛伦兹力为：．
学生思考讨论运动电荷的电流的关系，总结洛伦兹力和安培力的关系。通过练习，引导学生进一步认识洛伦兹力的方向与电荷的电性有关。学生根据每个提问进行推导。学生对磁场强度B和速度v进行矢量分析。学生进行类比，分析磁场方向和速度方向不垂直时，洛伦兹力的计算方法。学生总结洛伦兹力的特点。学生通过图片了解显像管的结构；分析显像管主要组成部分的作用。
引导学生建立洛伦兹力与安培力的微观、宏观联系，推导洛伦兹力的大小。锻炼学生动手能力，掌握左手定则的应用。引导学生根据提问进行公式推理，进一步提高学生的代数能力。巩固加深对矢量的理解；加强空间概念。增强学生的总结归纳能力。引导学生通过通过洛伦兹力的定义式，理解洛伦兹力对运动电荷永不做功的特点。提高学生运用已学知识，分析问题解决问题的能力。
课堂小结
1.洛伦兹力的定义，即磁场对运动电荷的作用。2.用左手定则判定洛伦兹力的方向3.在安培力的基础上推导洛伦兹力的计算公式。4.洛伦兹力对运动电荷不做功等特点。5.电视显像管的工作原理
梳理自己本节所学知识进行交流
根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
板书
1.洛伦兹力的定义:运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力。2.洛伦兹力的方向:洛伦兹力的方向可以用左手定则来判定。3.洛伦兹的大小F=qvB4.电子東的磁偏转：洛伦兹力的方向与粒子的运动方向垂直，洛伦兹力对粒子不做功，但可以改变粒子的运动方向，即使粒子发生偏转。
21世纪教育网
www.21cnjy.com
精品试卷·第
2
页
（共
2
页）
HYPERLINK
"http://www.21cnjy.com/"
21世纪教育网(www.21cnjy.com)(共26张PPT)
1.2磁场对运动电荷的作用力
人教版高中物理
选择性必修2
新知导入
1、美丽的极光是怎么产生的呢？
新知导入
2、问题
磁场对通电导线有作用力
电荷定向移动形成了电流
磁场对运动电荷是否有利的作用？如果有方向和大小该如何如确定？
3、阴极射线管——模拟极光的产生
新知导入
现象：产生类似极光的现象，且磁场方向改变时，极光的偏转也发生改变。
分析：（1）阴极射线管发射的是电子束，在磁场作用下发生偏转，说明受到力的作用。
新知导入
（2）磁场方向改变，极光偏转发生改变，说明受到该力的方向与磁场方向有关。
新知讲解
一、洛伦兹力
2、洛伦兹力的方向（左手定则）：
伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向正电荷的运动方向，这时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。
1、洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的力。
v
-q
F
新知讲解
例题1.运用左手定则判断洛伦兹力的方向
v
F
v
F
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
总结：
F洛
v
B
问题:若带电粒子不垂直射入磁场,粒子受到的洛伦兹力
如何确定?
新知讲解
B
v
F
θ
v
θ
B
V2
V1
新知讲解
3、洛伦兹力大小
问题：可否通过安培力公式推导洛伦兹力公式？
安培力
洛伦兹力
宏观表现
宏观表现
微观实质
微观实质
安培力
新知讲解
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
（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
单位：F(N)，q(C)，v(m/s),
B(T)
新知讲解
电荷入射速度与磁感线方向不垂直时
B
θ为B和v
之间的夹角
B⊥
B∥
新知讲解
二、洛伦兹力的应用
主要构造：电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等。
原理：应用电子束磁偏转的道理。
在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强弱在不断变化，电子束打在荧光屏上的光点在不断移动
——扫描。
1、电视显像管
新知讲解
问题：
-
竖直向上
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？
先竖直向上并逐渐减小；然后竖直向下并逐渐增大。
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？
竖直向下
新知讲解
2.磁流体发电机
应用：相当于发电机
结构：如图所示
原理：
平行金属板A、B之间有一个很强的磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量的正、负离子）喷入磁场，A、B之间就产生电压。如果把A、B和用电器相连，A、B就是一个直流电源的两极
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
?A、B间电动势是多少？
已知板间距离为d，磁感应强度为B，等离子体的速度v垂直射入磁场
?A、B哪个是正极？
A是正极
电离的气体
新知讲解
课堂练习
1．下列各图中，带负电粒子的运动方向、所受洛伦兹力的方向与磁场方向的关系正确的是（ ）
B
2.下列有关安培力和洛伦兹力的说法正确的是（ ）
A．判断安培力的方向用左手定则，判断洛伦兹力的方向用右手定则
B．安培力与洛伦兹力的本质相同，所以安培力和洛伦兹力都不做功
C．一小段通电导体在磁场中某位置受到的安培力为零，但该位置的磁感应强度不一定为零
D．静止的电荷在磁场中一定不受洛伦兹力作用，运动的电荷在磁场中一定受到洛伦兹力的作用
C
课堂练习
课堂练习
3、关于洛伦兹力，以下说法正确的是（ ）
A．洛伦兹力不能改变运动电荷的动能
B．运动电荷垂直进入磁场发生偏转，这是洛伦兹力对运动电荷做功的结果
C．运动电荷在某点不受洛伦兹力
D．只要速度大小相同，在同一磁场中运动电荷所受的洛伦兹力就一定相同
A
课堂练习
4．一个初速度为零的质子，经过电压为U的电场加速后，垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场，已知质子质量m，电量q，试求：
（1）质子进入磁场中的速度大小；
（2）质子在磁场中运动时受到的洛伦兹力的大小。
解：（1）穿越电场过程中，由动能定理：
，解得：
（2）进入磁场受到的洛伦兹力为：
解：（1）穿越电场过程中，由动能定理：
，解得：
（2）进入磁场受到的洛伦兹力为：
答：（1）质子进入磁场中的速度大小是
；
（2）质子在磁场中运动时受到的洛伦兹力的大小是
。
1、如图所示，足够长的光滑三角形绝缘槽。与水平面的夹角分别为α和β（α＞β），加垂直于纸面向里的磁场，分别将质量相等、带等量正负电荷的小球a、b依次从两斜面的顶端静止释放，关于两球在槽上运动的说法正确的是（ ）
A．在槽上，a、b两球都做匀加速直线运动，且aa＜ab
B．a、b两球沿槽运动的最大速度为va和vb，则va＞vb
C．a、b两球沿直槽运动的最大位移为sa和sb，则sa＞sb
D．a、b两球沿槽运动的时间为ta和tb，则ta＜tb
D
拓展提高
拓展提高
2.如图所示为一个质量为m、带电量为+q的圆环，可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动，细杆处于磁感应强度为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场中。现给圆环向右初速度v0，在以后的运动过程中，圆环运动的v﹣t图象不可能是图中的（ ）
A
拓展提高
3、关于安培力和洛伦兹力的说法，下列正确的是（ ）
A．安培力不做功
B．洛伦兹力可以做正功也可以做负功
C．安培力一定垂直于磁场，洛伦兹力不一定垂直于磁场
D．洛伦兹力不改变物体的动能，但可以改变物体的动量
D
课堂总结
一.
洛伦兹力的方向：左手定则
二.
洛伦兹力的大小
（V与B不垂直）
（三者互相垂直）
三.
应用：电视显像管、磁流式发电机
作业布置
课后练习和同步练习
谢谢
21世纪教育网（www.21cnjy.com)
中小学教育资源网站
有大把高质量资料？一线教师？一线教研员？
欢迎加入21世纪教育网教师合作团队！！月薪过万不是梦！！
详情请看：
https://www.21cnjy.com/help/help_extract.php
