高二物理人教版選修31 3.5運動電荷在磁場中受到的力

1、5/55/55/5運動電荷在磁場中受到的力重/難點重點：1.利用左手定那么會判斷洛倫茲力的方向。洛倫茲力大小計算公式的推導(dǎo)和應(yīng)用。2掌握垂直進(jìn)入磁場方向的帶電粒子 ,受到洛倫茲力大小的計算。難點：1.洛倫茲力對帶電粒子不做功。2洛倫茲力方向的判斷。洛倫茲力計算公式的推導(dǎo)。重/難點分析重點分析：只有掌握了安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)；根據(jù) 、V、B三者的方向關(guān)系 ,會判斷洛倫茲力方向；會計算洛倫茲力大小等知識點才能全面深刻地認(rèn)識洛倫茲力 ,這也是后面了解現(xiàn)代科技盤旋加速器 ,質(zhì)譜儀 ,磁流體發(fā)電機(jī)等的根底 ,是力、電、磁綜合問題學(xué)習(xí)的根底。難點分析：洛倫茲力的方向判定-左手定那么。特點：B和v方向

2、不一定垂直 ,必垂直于B、v確定的平面。由于洛倫茲力所引起的帶電粒子運動的方向總是與洛倫茲力的方向相垂直的 ,所以它對運動的帶電粒子是不做功的。突破策略學(xué)生思考：電流是怎樣形成的？教師講述：通過上節(jié)課的學(xué)習(xí)我們知道了磁場對電流有力的作用 ,而電流又是由于電荷的定向移動而形成的 ,由此你們會想到什么？學(xué)生討論、答復(fù)；教師總結(jié)：磁場可能對運動的電荷有力的作用。學(xué)生帶著這個問題 ,觀察演示實驗觀察陰極射線在磁場中的偏轉(zhuǎn)。教師說明電子射線管的原理：陰極射線是燈絲加熱放出電子 ,電子在加速電場的作用下高速運動而形成的電子流 ,轟擊到長條形的熒光屏上激發(fā)出熒光 ,可以顯示電子束的運動軌跡 ,磁鐵是用來在陰

3、極射線周圍產(chǎn)生磁場的 ,還應(yīng)明確磁場的方向。學(xué)生答復(fù)觀察到的實驗現(xiàn)象教師總結(jié)整理學(xué)生分析討論得出結(jié)論：磁場對運動電荷有作用力。證實之前的猜測我們就把運動電荷在磁場中受到的作用力叫洛倫茲力。1.洛倫茲力的定義：運動電荷在磁場中受到的作用力?？梢愿鶕?jù)磁場對電流有作用力而對未通電的導(dǎo)線沒有作用力 ,引導(dǎo)學(xué)生提出猜測：磁場對電流作用力的實質(zhì)是磁場對運動電荷的作用力。過渡語運動電荷在磁場中受到洛倫茲力的作用 ,那么洛倫茲力的方向如何判斷呢？問題如圖2.洛倫茲力的方向判定安培力方向。(上圖甲中安培力方向為垂直電流方向向上 ,乙圖安培力方向為垂直電流方向向下)電流方向和電荷運動方向的關(guān)系。(電流方向與正電荷

4、運動方向相同 ,與負(fù)電荷運動方向相反)的方向和洛倫茲力方向的關(guān)系。(的方向與正電荷所受的洛倫茲力的方向相同 ,與負(fù)電荷所受的洛倫茲力的方向相反。)電荷運動方向、磁場方向、洛倫茲力方向的關(guān)系。(學(xué)生分析總結(jié))洛倫茲力方向的判斷左手定那么拇指與其他四個手指垂直 ,且都與掌心在同一平面內(nèi)磁感線垂直穿入手心 四 指指向正電荷的運動方向 指向負(fù)電荷運動的反向大拇指所受洛倫茲力的方向 強(qiáng)調(diào)：正電荷運動方向應(yīng)與左手四指指向一致 ,負(fù)電荷運動方向那么應(yīng)與左手四指指向相反(先確定負(fù)電荷形成電流的方向 ,再用左手定那么判定)。最后學(xué)生答復(fù) ,教師總結(jié)得出Fv , FB ,F v、B所在的平面。B與v可以垂直 ,可

5、以不垂直。例1一個長螺線管中通有交變電流(電流方向和大小不斷變化) ,把一個帶電粒子沿管軸線勻速射入管中 ,不計重力 ,粒子將在管中( ) A做圓周運動 B沿軸線來回運動C做勻加速直線運動 D做勻速直線運動 解析：通有交變電流的螺線管內(nèi)部磁場方向始終與軸線平行 ,帶電粒子沿磁感線運動時不受洛倫茲力 ,所以一直保持原勻速直線運動狀態(tài)不變。答案：D。3.洛倫茲力的大小磁場對通電導(dǎo)線能產(chǎn)生安培力的作用 ,當(dāng)磁場方向與電流方向垂直時=BIL ,而電流就是電荷的定向移動形成的 ,那么思考與討論：磁場對運動電荷所產(chǎn)生的洛倫茲力與安培力有什么關(guān)系？某個電荷受到洛倫茲力的大小與什么因素有關(guān)？帶著問題 ,學(xué)生自

6、學(xué)課本【思考與討論】小組討論探究洛倫茲力的表達(dá)式。教師適時進(jìn)行引導(dǎo)：問題1這段導(dǎo)線中電流I的微觀表達(dá)式是怎樣的？讓學(xué)生推導(dǎo)后答復(fù)。問題2這段導(dǎo)體所受的安培力為多大？學(xué)生答 BIL問題3這段導(dǎo)體中含有多少自由電荷數(shù)？問題4每個自由電荷所受的洛倫茲力大小為多大？問題5當(dāng)運動電荷的速度v方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向不垂直時 ,設(shè)夾角為 ,那么電荷所受的洛倫茲力大小為多大？討論結(jié)束 ,讓學(xué)生答復(fù) ,老師板書洛倫茲力的計算公式：當(dāng)粒子運動方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直時(vB)F洛qvB當(dāng)粒子運動方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度平行時vBF洛=0當(dāng)粒子運動方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向成時F洛qvBsinF為牛(N) ,q為庫倫(C) ,v為

7、米/秒(m/s) ,B為特斯拉(T)最后 ,通過“思考與討論 ,說明由洛倫茲力所引起的帶電粒子運動的方向總是與洛倫茲力的方向相垂直的 ,所以它對運動的帶電粒子是不做功的。解決之前兩個問題：磁場對運動電荷所產(chǎn)生的洛倫茲力與安培力有什么關(guān)系？通電導(dǎo)線在磁場中所受的安培力就是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。 某個電荷受到洛倫茲力的大小與什么因素有關(guān)？某個電荷洛倫茲力的大小與電荷運動速度及磁場有關(guān)。例2關(guān)于安培力和洛倫茲力 ,下面的說法正確的選項是( )A安培力和洛倫茲力是性質(zhì)不同的兩種力 B安培力和洛倫茲力 ,其本質(zhì)都是磁場對運動電荷的作用力 C這兩種力都是效果力 ,其實并不存在 ,原因是不遵守牛頓第三定律 D

8、安培力對通電導(dǎo)體能做功 ,洛倫茲力對運動電荷不能做功 解析：電流是電荷的定向移動 ,安培力是磁場對導(dǎo)體內(nèi)定向移動電荷所施加的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn) ,洛倫茲力始終與電荷運動方向垂直 ,所以不能對運動電荷做功；而安培力作用在導(dǎo)體上 ,可以讓導(dǎo)體產(chǎn)生位移 ,因此能對導(dǎo)體做功。這兩種力是同一性質(zhì)的力 ,同樣遵守牛頓第三定律 ,反作用力作用在形成磁場的物體上 ,選項B、D正確。突破反思?運動電荷在磁場中受到的力?既是安培力知識的延續(xù) ,又是下一節(jié)?帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運動?的鋪墊。高二的學(xué)生已具有一定的觀察能力和邏輯推理能力 ,對現(xiàn)象猜測理論推導(dǎo)實驗驗證等科學(xué)研究方法有一定的根底 ,本節(jié)課通過實驗創(chuàng)設(shè)各種問題