亿库教育网 http://www.eku.cc
磁场对运动电荷的作用
总课时
课 题 §15--4磁场对运动电荷的作用 课时 15-- 教学目标 一、知识目标 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. 3、知道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. 5、了解v和B垂直时的洛伦兹力大小及方向判断. 6、理解洛伦兹力对电荷不做功. 二、能力目标 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、德育目标 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”. 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. 1.洛伦兹力对带电粒子不做功. 2.洛伦兹力方向的判断. 讲述法、分析推理法、讲练法 电子射线管、电源、磁铁、多媒体 设计意图 复习提问 教学重点 教学难点 教学方法 教 具 教学过程教学设计 复习提问 前面我们学习了磁场对电流的作用力，下面思考两个问题： 1.如图判定安培力的方向 学生上黑板做，解答如下：
亿库教育网 http://www.eku.cc
亿库教育网 http://www.eku.cc
教学过程教学设计 若已知上图中：B=4.0×10 T，导线长L=10 cm，I=1 A.求：导线所受的安培力大小？ ［学生解答］ -2已知：B=4×10 T I=1 A L=10 cm=0.1 m 求F. -2-3解：F=BIL=4×10 T×1 A×0.1 m=4×10 N -3答：导线受的安培力大小为4×10 N. 2.什么是电流？ ［学生答］电荷的定向移动形成电流. ［教师讲述］磁场对电流有力的作用，电流是由电荷的定向移动形成的，我们会想到：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］观察磁场是否对运动电荷有作用. ［教师］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. ［实验结果］在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将蹄形磁铁靠近电子射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲. ［学生分析得出结论］ 磁场对运动电荷有作用. §15--4磁场对运动电荷的作用 一、洛伦兹力 1、定义：运动电荷在磁场中受到的作用力. 通电导线在磁场中所受安培力是洛伦兹力的宏观表现. ［过渡语］运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用，那么洛伦兹力的方向如何判断呢？ ［问题］ 如图 1.判定安培力方向. 2.电流方向和电荷运动方向的关系. 3.F安的方向和洛伦兹力方向关系. 4.电荷运动方向、磁场方向、洛伦兹力方向的关系. -2设计意图 复习提问
亿库教育网 http://www.eku.cc
亿库教育网 http://www.eku.cc
教学过程教学设计 ［学生答］ 1.上图甲中安培力方向为垂直电流方向向上，乙图安培力方向为垂直电流方向向下. 2.电流方向和正电荷运动方向相同，和负电荷运动方向相反. 3.F安的方向和正电荷所受的洛伦兹力的方向相同，和负电荷所受的洛伦兹力的方向相反. 4.学生分析总结. 二、洛伦兹力方向的判断——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，让磁感线垂直穿入手心，若四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所受的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向；若四指指向是电荷运动的反方向，那么拇指所指的正方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向. ［投影出示练习题］ 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. 设计意图 巩固练习 洛伦兹力的大小推导 ［学生解答］ 1.甲中正电荷所受的洛伦兹力方向向上. 2.乙中正电荷所受的洛伦兹力方向向下. 3.丙中正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向读者. 4.丁中正电荷所受的洛伦兹力的方向垂直于纸面指向纸里. 三、洛伦兹力的大小 现在我们来研究一下洛伦兹力的大小. 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. ［问题］这段导体所受的安培力为多大？ ［学生答］F安=BIL ［问题］由第十五章第1节的思考和讨论，电流强度I的微观表达式是多少？ ［学生答］I的微观表达式为I=nqSv
亿库教育网 http://www.eku.cc
亿库教育网 http://www.eku.cc
教学过程教学设计 设计意图 ［问题］这段导体中含有多少自由电荷数？ ［学生答］这段导体中含有的电荷数为nLS. ［问题］每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为多大？ ［学生答］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 F安BILnqvSLB f????qvB nLSnLSnLS 1、计算式：f=qvB 2、各量的单位： f为牛（N）， q为库伦（C）， v为米/秒（m/s）, B为特斯拉（T） 3、适用条件：v⊥B ［问题］若此电子不垂直射入磁场，电子受到的洛伦兹力又如何呢？有兴趣 的同学课下探讨，教师不做重点讲解. 由通电导线不垂直于磁场对受到的安培力入手分析，F安=BILsinθ，可得 f=qvBsinθ. 说明： （1）θ角为电荷运动方向和磁场方向的夹角. 计算式讨论 （2）θ=90°时f=qvB;θ=0°时F=0. （3）因为B为矢量 Bsinθ为B在垂直于v方向上的分量. Bcosθ为B沿v方向上的分量. （4）因为v为矢量：f=qvBsinθ可写成f=qBvsinθ. vsinθ理解为v在垂直于B方向上的分量. f=qvBsinθ θ为电荷运动方向与磁场方向的夹角 讨论：θ=90°时，f=qvB θ=0°时，f=0,v和B在同一直线上，不受洛伦兹力. ［投影出示练习题］ 巩固练习 61.电子的速率v=3×10 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？ ［学生答］ f=qvB=1.60×10-19×3×106×0.10=4.8×10-14 N
亿库教育网 http://www.eku.cc
亿库教育网 http://www.eku.cc
教学过程教学设计 设计意图 2.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，则巩固练习 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 ［学生答］B.地球表面地磁场方向由南向北，质子是氢原子核带正电，根据左手定则可判定，质子自赤道上空竖直下落过程中受洛伦兹力方向向东. ［问题］让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？说明理由. ［教师引导学生分析得］ 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. 4、洛伦兹力对电荷不做功. 5、地磁场对宇宙射线中高能粒子的偏转作用 ［问题］阅读课文，说明运动电荷在磁场中受洛伦兹力偏转有何现实意义？ ［学生答］运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用，运动方向会发生偏转，这一点对于地球上的生命来说有十分重要的意义.从太阳或其他星体上，时刻都有大量的高能粒子流放出，称为宇宙射线，这些高能粒子流，如果都到达地球，将对地球上的生物带来危害.庆幸的是，地球周围存在地磁场，地磁场改变宇宙射线中带电粒子的运动方向，对宇宙射线起了一定的阻挡作用. ［教师补充］ 宇宙射线是穿透力极强的辐射线，它们来自宇宙空间，从各个方向射向地球，20世纪初，我们想要获得一个不受辐射影响的实验环境，总是不能如愿，即使深入矿井内部，仍然摆脱不开宇宙射线穿透性辐射的干扰，1912年，奥地利物理学家海斯乘气球升空去探寻这些辐射的来源，他发现，在气球上升过程中，辐射不是减弱而是增强了，后来又发现，两极地区的辐射更为强大，说明它似乎受地球磁场的影响，表明它含有带电粒子（如质子），宇宙射线中的带电粒子在穿越地磁场过程中，受到地磁场对它们的洛伦兹力的作用，运动方向会发生偏转，对宇宙射线有一定的阻挡作用，大大减弱了到达地球表面的宇宙射线. ［投影出示练习］ 一电荷Q在某一匀强磁场中沿垂直于磁场方向的圆周运动，判断下面几种说法是否正确，并说明理由. A.只要速度的大小相同，所受的洛伦兹力就相同 B.如果速度不变，把电荷Q改为-Q，洛伦兹力的方向将反向，但大小不变 C.如果速度不变，把B反向，洛伦兹力的方向将反向，但大小不变
亿库教育网 http://www.eku.cc