《研究洛倫茲力》導(dǎo)學(xué)案2

1/1研究洛倫茲力教學(xué)目標(biāo)：⑴通過實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)洛倫茲力。會(huì)判斷洛倫茲力的方向，會(huì)計(jì)算洛倫茲力的大小。⑵理解洛侖茲力對運(yùn)動(dòng)電荷不做功。⑶了解速度選擇器。【教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)】：1．洛倫茲力方向的判斷方法——左手定則和洛倫茲力大小計(jì)算公式的推導(dǎo)和應(yīng)用。2．因電荷有正、負(fù)兩種，在用左手定則判斷不同的電荷受到的洛倫茲力方向時(shí)，要強(qiáng)調(diào)四指所指方向應(yīng)是正電荷的運(yùn)動(dòng)方向或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向。第一課時(shí)教學(xué)過程：【教學(xué)過程】：一、預(yù)習(xí)提綱：⑴安培力的方向判定：⑵安培力的大?。篎=（清楚各個(gè)物理量的含義）⑶電流的定義：⑷電流的方向：⑸電流強(qiáng)度大小的計(jì)算：定義式：I=微觀表達(dá)式：I=⑹洛倫茲力的定義：二、課堂教學(xué)：問題：電流是如何形成的？學(xué)生：教師：磁場對電流有力的作用，電流是由電荷的定向移動(dòng)形成的，大家會(huì)想到什么？學(xué)生：荷蘭物理學(xué)家洛倫茲于1985年發(fā)表了磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用力公式，為了紀(jì)念他，人們稱磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用力為洛倫茲力。用陰極射線管研究磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用。書本P85圖3-5-2與圖3-5-3說明電子射線管的原理：從陰極發(fā)射出來電子，在陰陽兩極間的高壓作用下，使電子加速，形成電子束，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(yùn)動(dòng)軌跡。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在沒有外磁場時(shí)，電子束沿直線運(yùn)動(dòng)，將蹄形磁鐵靠近陰極射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生了彎曲。得出結(jié)論：磁場對運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用。1、洛倫茲力的方向通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力實(shí)際是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。我們用左手定則判斷安培力的方向，因此可以用左手定則判斷洛倫茲力的方向。書本P86左手定則：伸開左手，使大拇指跟其余四個(gè)手指垂直，并且都和手掌在一個(gè)平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿入手心，并使伸開的四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向，那么，大拇指所指的方向就是運(yùn)動(dòng)的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向。如果運(yùn)動(dòng)的是負(fù)電荷，則四指指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向，那么拇指所指的方向就是負(fù)電荷所受洛倫茲力的方向?！菊n堂針對性練習(xí)】1．判斷圖中帶電粒子所受洛倫茲力的方向2．依運(yùn)動(dòng)軌跡，判斷圖中帶電粒子的電性。3．在只受洛倫茲力的條件下,關(guān)于帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng),下列說法中不正確的是：（）A、只要粒子的速度大小相同，帶電量相同，粒子所受洛倫茲力大小就相同B、洛倫茲力只改變帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向C、洛倫茲力始終與速度垂直，所以洛倫茲力不做功；D、洛倫茲力始終與速度垂直，所以粒子在運(yùn)動(dòng)過程中的動(dòng)能保持不變4.初速度為v0的電子，沿平行于通電長直導(dǎo)線的方向射出直導(dǎo)線中電流方向與電子的初始運(yùn)動(dòng)方向如圖3-36所示，則（）.圖3-36圖3-36A．電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率不變B．電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率改變C．電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率不變D．電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率改變5（廣東07年高考理科基礎(chǔ)）如圖6，在陰極射管正下方平行放置一根通有足夠強(qiáng)直流電流的長直導(dǎo)線，且導(dǎo)線中電流方向水平向右，則陰極射線將會(huì)（）圖6A.向上偏轉(zhuǎn)B.向下偏轉(zhuǎn)C.向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn)D.向紙外偏轉(zhuǎn)1、洛倫茲力的大小問提：我們談到一個(gè)力，知道了方向和作用點(diǎn)還要知道什么？（力的三要素）答：問題：那么洛倫茲力的大小怎么來計(jì)算？洛倫茲力的大小推導(dǎo)，按下列過程寫出各問題的物理量書本P86圖3-5-4。假設(shè)：設(shè)有一段長度為L的通電導(dǎo)線，橫截面積為S，導(dǎo)線每單位體積中含有的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷的電量為q，定向移動(dòng)的平均速率為v，將這段導(dǎo)線垂直于磁場方向放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中。問題1：這段導(dǎo)線中電流I的微觀表達(dá)式是多少？I=問題2：這段導(dǎo)體所受的安培力為多大？F=問題3：這段導(dǎo)體中含有多少自由電荷數(shù)？N=問題4：每個(gè)自由電荷所受的洛倫茲力大小為多少？f=例題：1．已知一質(zhì)子以5×107m/s的速度垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T的勻強(qiáng)磁場中，質(zhì)子受的洛侖茲力為多大？（學(xué)生探究完洛倫茲力大小計(jì)算就練習(xí)）解答過程：【作業(yè)】1、試判斷圖16－13中所示的帶電粒子剛進(jìn)入磁場時(shí)所受的洛倫茲力的方向。2、關(guān)于帶電粒子所受洛倫茲力f、磁感應(yīng)強(qiáng)度B和粒子速度v三者方向之間的關(guān)系，下列說法正確的是（）圖圖3-4-6A．f、B、v三者必定均相互垂直B．f必定垂直于B、v，但B不一定垂直vC．B必定垂直于f、v，但f不一定垂直于vD．v必定垂直于f、B，但f不一定垂直于B3、初速度為v0的電子，沿平行于通電長直導(dǎo)線的方向射出直導(dǎo)線中電流方向與電子的初始運(yùn)動(dòng)方向如圖3-4-6所示，則（）A．電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率不變B．電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率改變C．電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率不變D．電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率改變第二課時(shí)復(fù)習(xí)例題：【洛倫茲力的方向】【例1】如圖所示的是磁感應(yīng)強(qiáng)度B、正電荷速度v和磁場對電荷的作用力F三者方向的相互關(guān)系圖（其中B垂直于F與v決定的平面，B、F、v兩兩垂直）。其中正確的是【洛倫茲力的大小】【例2】一個(gè)長螺線管中通有電流，把一個(gè)帶電粒子沿中軸線方向射入（若不計(jì)重力影響），粒子將在管中（）A．做圓周運(yùn)動(dòng)B．沿軸線來回運(yùn)動(dòng)C．做勻加速直線運(yùn)動(dòng)D．做勻速直線運(yùn)動(dòng)答案：BD新課教學(xué)：【速度選擇器】【例題3】如圖16－50所示，在兩平行板間有強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場，方向豎直向下，一帶電量為q的負(fù)粒子（重力不計(jì)），垂直于電場方向以速度v飛入兩板間，為了使粒子沿直線飛出，應(yīng)在垂直于紙面內(nèi)加一個(gè)怎樣方向的磁場，其磁感應(yīng)強(qiáng)度為多大？【堂上練習(xí)】如圖所示，勻強(qiáng)磁場方向水平向里，勻強(qiáng)電場方向豎直向下，有一正離子恰能沿直線從左向右水平飛越此區(qū)域。則（）A．若電子從右向左飛入，電子也沿直線運(yùn)動(dòng)B．若電子從右向左飛入，電子將向上偏轉(zhuǎn)C．若電子從右向左飛入，電子將向下偏轉(zhuǎn)D．若電子從左向右飛入，電子也沿直線運(yùn)動(dòng)【例題4】如圖所示，在豎直平面內(nèi)有一個(gè)正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T，電場強(qiáng)度為10N/C，一個(gè)帶正電的微粒，q=2×10-6C，質(zhì)量m=2×10-6㎏，在這正交的電場的磁場內(nèi)恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則帶電粒子運(yùn)動(dòng)的速度大小多大？方向如何？【作業(yè)】【基礎(chǔ)練習(xí)】一、選擇題：1、關(guān)于運(yùn)動(dòng)電荷和磁場的說法中，正確的是（）A、運(yùn)動(dòng)電荷在某點(diǎn)不受洛侖茲力作用，這點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度必為零B、電荷的運(yùn)動(dòng)方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向和電荷所受洛侖茲力的方向一定互相垂直C、電子射線由于受到垂直于它的磁場作用而偏轉(zhuǎn)，這是因?yàn)槁鍋銎澚﹄娮幼龉Φ慕Y(jié)果D、電荷與磁場力沒有相對運(yùn)動(dòng)，電荷就一定不受磁場的作用力2、有關(guān)電荷受電場力和洛侖茲力的說法中，正確的是（）A、電荷在磁場中一定受磁場力的作用B、電荷在電場中一定受電場力的作用C、電荷受電場力的方向與該處電場方向垂直D、電荷若受磁場力，則受力方向與該處磁場方向垂直3、兩個(gè)帶電粒子以相同的速度垂直磁感線方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場，兩粒子質(zhì)量之比為1：4，電量之比為1：2，則兩帶電粒子受洛侖茲力之比為（）A、2：1B、1：1C、1：2D、1：44、如圖所示，在電子射線管上方平行放置一通電長直導(dǎo)線，則電子射線將（）A、向上偏B、向下偏C、向紙內(nèi)偏D、向紙外偏5、圖所示為一速度選擇器，內(nèi)有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，一束粒子流以速度v水平射入，為使粒子流經(jīng)磁場時(shí)不偏轉(zhuǎn)（不計(jì)重力），則磁場區(qū)域內(nèi)必須同時(shí)存在一個(gè)勻強(qiáng)電場，關(guān)于這處電場場強(qiáng)大小和方向的說法中，正確的是（）A、大小為B/v，粒子帶正電時(shí)，方向向上B、大小為B/v，粒子帶負(fù)電時(shí)，方向向上C、大小為Bv，方向向下，與粒子帶何種電荷無關(guān)D、大小為Bv，方向向上，與粒子帶何種電荷無關(guān)6、如圖所示，一帶負(fù)電的滑塊從粗糙斜面的頂端滑至底端時(shí)的速率為v，若加一個(gè)垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，并保證滑塊能滑至底端，則它滑至底端時(shí)的速率（）A、變大B、變小C、不變D、條件不足，無法判斷二、填空題：7、如圖所示，各帶電粒子均以速度v射入勻強(qiáng)磁場，其中圖C中v的方向垂直紙面向里，圖D中v的方向垂直紙面向外，試分別指出各帶電粒子所受洛侖茲力的方向。8、電子以4×106m/s的速率垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T的勻強(qiáng)磁場中，受到的磁場力為N，如果電子射入磁場時(shí)的速度v與B的方向間的夾角是180°，則電子所受的磁場力為9、氫核和氘核以相同的動(dòng)量垂直射入同一勻強(qiáng)磁場中，它們所受的洛倫茲力大小之比為。三、計(jì)算題：10、有一勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為1.2T，方向由南指向北，如有一質(zhì)子沿豎直向下的方向進(jìn)入磁場，磁場作用在質(zhì)子上的力為9.6×10-14N，則質(zhì)子射入時(shí)速度為多大？將在磁場中向哪個(gè)方向偏轉(zhuǎn)？11、如圖所示，一帶電為-q的小球，質(zhì)量為m，以初速度v0豎直向上射入水平方向的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。當(dāng)小球在豎直方向運(yùn)動(dòng)h高度時(shí)，球在b點(diǎn)上所受的磁場力多大？12、如圖所示，在有限區(qū)域ABCD內(nèi)有垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場，磁場豎直高度為d，水平方向足夠長，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，在CD邊界中點(diǎn)O有大量的不同速度的正、負(fù)粒子垂直射入磁場，粒子經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)后打在足夠長的水平邊界AB、CD上，請?jiān)贏B、CD邊界上畫出粒子所能