20212022高中物理人教版选修31教案第三章第5节运动电荷在磁场中受到的力2

运动电荷在磁场中受到的力 整体设计 教学分析 这一节承上（安培力）启下（带电粒子在磁场中的运动），是本章的重点。 洛伦兹力的方向和大小是本节教材内容的重点，实验结合理论探究洛伦兹力的方向，再 由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式的过程是培养学生逻辑思维能力的好机会，一定 要让全体学生都参与这一过程。教科书在“思考与讨论”栏目中提出的逻辑线索，实质上是为 了推导过程铺设的台阶，教师也可以根据学生的实际情况灵活铺设台阶，要让不同层次的学 生在讨论中都有比较深刻的感受。 “洛伦兹力对带电粒子运动的速度有什么影响洛伦兹力对带电粒子做的功是多少” 教科书提出这样两个问题供学生思考与讨论,是新课标教科书重视“过程与方法”教学目标的 体现。课堂教学中可以组织学生开展小组讨论，然后通过交流发言得出正确结论。 教学目标 1 .经历实验探究洛伦兹力方向的过程，知道洛伦兹力的方向与电荷的运动方向和磁感 应强度的方向都垂直，会用左手定则判断洛伦兹力的方向。 2. 经历由安培力公式推导出洛伦兹力公式的过程，由此体会磁场中通电导线所受的安 培力实际上是运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。会计算洛伦兹力的大小。 3. 知道电视显像管的基本构造及工作的基本原理。 教学重点难点 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。 难点1.洛伦兹力对带电粒子不做功。 2.洛伦兹力方向的判断。 教学方法与手段 通过观察实验演示，形成洛伦兹力的概念，同时明确洛伦兹力与安培力的关系（微观与 宏观），洛伦兹力的方向也可以用左手定则判断。 通过思考与讨论，推导出洛伦兹力的大小公式F qvBsinO。最后了解洛伦兹力的一个 应用一电视显像管中的磁偏转。 课前准备 教学媒体 电子射线管、高压电源、磁铁、多媒体课件、实物投影仪。 知识准备 复习上一节磁场对通电直导线的作用力一安培力的大小与方向。 教学过程 导入新课 [事件1] 教学任务复习安培力 师生活动 复习回顾通过两个问题复习磁场对电流的作用力。 1. 如图判定安培力的方向。若已知图中B 4.0 x10-2 T,导线长L10cm, 11 A。 求导线所受的安培力大小。 2. 什么是电流 学生解答 1. F BIL 4x10-2 Txl AxO.l m 4x10-3 n 2. 电荷的定向移动形成电流。 分析推理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。 教师进行引导，鼓励学生大胆发言。 [事件2] 教学任务实验演示，导入新课 师生活动 用阴极射线管研究磁 场对运动电荷的作用 【演示】观察磁场阴极射线在磁场中的偏转。 教师说明电子射线管的原理 阴极射线是灯丝加热放出电子，电子在加速电场的作用下高速运动而形成的电子流，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，磁铁是用来在阴极射线周 围产生磁场的，还应明确磁场的方向。 观察与描述学生观察实验，逐一描述实验现象，其他学生补充和修正。 在没有外磁场时，电子束沿直线运动，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。学生可能会尝试用左手定则判断电子束弯曲方向。 实验结论磁场对运动电荷有作用力。 推进新课 [事件3] 教学任务洛伦兹力的概念 师生活动 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的安培力，实际 是洛伦兹力的宏观表现。 可以根据磁场对电流有作用力而对未通电的导线没有作用力，引导学生提出猜想磁场 对电流作用力的实质是磁场对运动电荷的作用力。 [事件4] 教学任务洛伦兹力的方向 师生活动 分析与讨论可以从以下四个步骤进行引导，鼓励学生交流、讨论。如图 X X X X X X X X X 1 X X X X I X ra hI_1 l_s X 2*1 X X X 1 D- X X X X X X X X X X 甲乙 1. 判定安培力方向。 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. 电流方向和电荷运动方向的关系。 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安的方向和洛伦兹力方向的关系。 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. 电荷运动方向、磁场方向、洛伦兹力方向的关系。 学生分析总结。 结论洛伦兹力方向的判断一左手定则 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。负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反。 [事件5] 教学任务运用左手定则判断洛伦兹力的方向 师生活动 课堂训练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。 答案甲中正电荷所受的洛伦兹力方向向上。 乙中正电荷所受的洛伦兹力方向向下。 丙中正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向读者。 丁中正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸里。 结论洛伦兹力垂直于磁场方向和电荷运动方向所决定的平面。 甲 v与B垂直 乙v与B不垂直 洛伦兹力与粒子运动方向、磁感应强度方向的关系 [事件6] 教学任务洛伦兹力的大小 师生活动 通过“思考与讨论”，来推导公式F qvBsinO时，应先建立物理模型，再循序渐进有条 理地推导，这一个过程可放手让学生完成，体现学习的自主性。 方案1 思考与讨论导线中带电粒子的定向运动形成了电流。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。 这里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 ILB。这种情况下导线中电荷定向运动的方向也与磁场的方向垂直。 建议你沿以下逻辑线索前进。 合力在宏观上表现为安培力 X X X X X X 1-设导线中每个带电粒子定向运动的速度都是v,单位体积的粒子数为n,算出下图的 一段导线中的粒子数，这就是在时间t内通过截面a的粒子数。如果粒子的电荷量记为q, 由此可以算出q与电流I的关系。 X X X X X X Hvt 运动电荷所受洛伦兹力的 2. 写出这段长为vt的导线所受的安培力F安。 3. 求出每个粒子所受的力，它等于洛伦兹力F洛。这时，许多中间量，如n、v、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。 方案2通过下面的命题引导学生分析讨论。 设有一段长度为L的通电导线，横截面积为S,导线每单位体积中含有