磁場對運動電荷的作用力 講義-高二下學期物理人教版（2019）選擇性必修第二冊

教學設計上課時間：年月日題課選擇性必修二第一章第2節(jié)：磁場對運動電荷的作用力課型新課時2教學目標通過實驗，認識洛倫茲力，能判斷洛倫茲力的方向，會計算洛倫茲力的大小，了解洛倫茲力在生產生活中的應用。經歷由安培力公式推導出洛倫茲力公式的過程，體會模型構建與演繹推理的方法。經歷一般情況下洛倫茲力表達式的得出過程，進一步體會矢量分析的方法。3.了解顯像管的基本構造及工作的基本原理，認識電子束的磁偏轉，體會物理知識與科學技術的關系。學習重點洛倫茲力的方向、大小學習難點體會模型構建與演繹推理的方法、用左手定則判定洛倫茲力的方向教學過程教學環(huán)節(jié)（含備注）教學內容引入新課一.新課引入如果電視機熒光屏上沒有圖像,只有一條水平亮線,故障可能出在哪里?:展示極光圖片。神奇美麗的極光是如何形成的？通過本節(jié)課的學習，將有助于同學們弄清以上問題。上節(jié)課學習了“磁場對通電導線的作用力”，知道磁場對電流有力的作用，而電荷的定向移動形成電流，那么，磁場對電流的作用會不會是對運動的電荷作用的宏觀體現(xiàn)呢？（只讓學生思考）帶著這個問題開始本節(jié)課的學習

“磁場對運動電荷的作用力”。（寫課題）二.新課教學1、洛倫茲力的方向（播放視頻）(1)介紹實驗儀器，將高壓加在陰極射線管兩端，將蹄形磁鐵靠近陰極射線管（2）實驗現(xiàn)象：沒磁場——直線，有磁場——運動軌跡彎曲，改變磁場方向——電子束向相反的方向彎曲（3）結論1：磁場對運動的電荷有作用力；（這些現(xiàn)象說明電子在運動過程中受到磁場對它的作用力，電子束受到磁場的力的作用，徑跡發(fā)生了彎曲。這個現(xiàn)象由荷蘭物理學家洛倫茲于1895年發(fā)現(xiàn)，為了紀念他就把這種力稱為洛倫茲力。）形成概念：運動電荷在磁場中所受的力稱為洛倫茲力。那么洛倫茲力和安培力之間存在怎么樣的關系呢？討論推理：安培力與洛倫茲力關系（演示動畫）在磁場中的通電導線會受到安培力的作用，導線必須有電流通過才有可能受到安培力，而電流是由電荷的定向移動形成的，導線中每一個定向移動的電荷都會受到洛倫茲力的作用，所以洛倫茲力的矢量和就是安培力，公式表達那就是F安=N·F洛。也可以說洛倫茲力是安培力的微觀本質，而安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。即通電導線在磁場中受到的安培力，實際是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。剛才的實驗中運動軌跡發(fā)生了彎曲，根據(jù)曲線運動的條件，可知并洛倫茲力的方向與電子的運動方向并不在同一條直線上，導致了電子運動方向變化。結論2：磁場方向變化，電子受力方向變化；結論3：磁場方向與洛倫茲力方向有關有何關系呢？如何判定？（4）推理猜想：安培力方向的判定用左手定則，洛倫茲力也用左手定則；四指指向電流方向，電流方向與正電荷定向運動方向相同，則四指指向正電荷運動方向，負電荷運動方向的反方向；拇指指向安培力方向，而安培力又是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，則拇指指向洛倫茲力方向（5）實驗驗證（6）形成結論：左手定則掌心→磁感線進入四指→正電荷方向拇指→正電荷受力方向（7）練習鞏固（教材第10頁練習2）2、探究洛倫茲力大小的計算公式導線中的電流方向與磁場方向垂直時，安培力大小為F=BIL。在這種情況下，導線中電荷定向移動的方向也與磁場方向垂直。既然安培力是洛侖茲力的宏觀體現(xiàn)，那么我們是否可以由安培力的表達式推導出洛侖茲力表達式呢？（1）設立情景（課件展示教材圖1.2-3）（2）明確各字母代表的物理意義（3）討論1：q與I關系（I=nqvS)（4）討論2：L長導線受到的安培力(F安=BIL=BnqvSL)（5）討論3：安培力與洛倫茲力關系式(F安=NF洛=nSLF洛)（6）結論：洛倫茲力公式F洛=qvB（7）討論4：適用條件——v與B垂直（8）討論５：v與B平行——電荷不受洛倫茲力（9）討論６：v與B夾角為θ很簡單，只需要將v這樣正交分解。垂直于v的分量等于vsinθ，平行于v的分量等于vcosθ，平行于v的分量不產生洛倫茲力，只有垂直于v的分量產生洛倫茲力。把它乘上F洛=qvB，就得F洛=qvBsinθ當θ=0時，v與B平行，Ｆ＝０洛倫茲力最小；當θ=90時，v與B垂直，inθ=1，也就是前面說的兩者垂直：F洛=qvB洛倫茲力最大。洛倫茲力對帶電粒子運動的速度有什么影響？洛倫茲力對帶電粒子做的功是多少？洛倫茲力只改變速度的方向，不改變速度的大小，對電荷不做功。3.電子束的磁偏轉電視顯像管應用了電子束的磁偏轉的原理(課件展示教材圖1.2-7)討論：洛倫茲力的方向與粒子的運動速度方向垂直，當粒子在磁場中運動時，因受到洛倫茲力的作用，就會發(fā)生偏轉。顯像管電視機中就應用了電子束磁偏轉的原理。展示顯像管圖片：介紹顯像管。顯像管中有一個電子槍，工作時它能發(fā)射高速電子。撞擊熒光屏，就能發(fā)光?？墒?，很細的一束電子打在熒光屏上只能使一個點發(fā)光，要使整個熒光屏發(fā)光，就要靠磁場來使電子束偏轉了。思考與討論要使電子束在水平方向偏離中心，打在熒光屏上的A點，偏轉磁場應該沿什么方向？（垂直紙面向外，注意四指的方向）（2）要使電子束打在B點，磁場應該沿什么方向？（垂直紙面向里）（3）要使電子束打在熒光屏上的位置由B點逐漸向A點移動，偏轉磁場應該怎樣變化？三.例題講解（見課件，教材11頁第3題）四.課堂總結（見板書設計）五.課后作業(yè)：（導學案）板書設計磁場對運動電荷的作用力1.磁場對運動電荷的作用力稱為洛倫茲力2.安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)；洛倫茲力是安培力的微觀本質。3.洛倫茲力的方向既垂直于磁場，又垂直于速度，即垂直于，v和B所組成的平面。但是B與v不一定垂直。掌心→磁感線進入4.左手定則四指→正電荷方向拇指→正電荷受力方向5.洛倫茲力大小：Ｆ=qvBsinθ（1）v與B平行時：θ＝０，Ｆ＝０洛倫茲力最?。ǎ玻﹙與B垂直時：θ＝９００，Ｆ＝qvB洛倫茲力最6.洛侖茲力對運動電荷不做功，不會改變電荷運動的速率。課后反思①學生通過電流與電荷的關系，很容易理解安培力與洛倫