高中人教版 (2019)磁场对运动电荷的作用力教案

这是一份高中人教版 (2019)磁场对运动电荷的作用力教案，共5页。
磁场对运动电荷的作用力
教学目标
通过观察实验，认识洛伦兹力，能用左手定则判断洛伦兹力的方向，会用公式计算洛伦兹力的大小。
经历由安培力公式推导出洛伦兹力公式的过程，体会模型构建与演绎推理的方法，经历一般情况下洛伦兹力表达式的得出过程，进一步体会矢量分析的方法。
了解显现管，速度选择器，磁流体发电机的基本构造和工作的原理，认识电子束的磁偏转，体会物理知识与科学技术的关系。
教学重点：用左手定则判断洛伦兹力的方向，会计算带电粒子进入匀强磁场中所受洛伦兹力的大小，及洛伦兹力在生产技术中的应用。
教学难点：经历由安培力公式推导出洛伦兹力公式的过程，体会模型构建与演绎推理的方法，经历一般情况下洛伦兹力表达式的得出过程，进一步体会矢量分析的方法。
教学过程
（一）、导入新课：回顾第一节课的安培力，让学生思考磁场对运动电荷是否有作用力？然后，通过观察演示实验电子束在磁场中的变化，让学生观察并描述实验现象，引出磁场对运动电荷的作用力这一主题。
（二）、洛伦兹力：
1、洛伦兹力的定义：学生自主学习洛伦兹力的定义。
2、洛伦磁力的方向：
（1）通过播放视频，形象了解洛伦兹力的方向，进而得出判断方法，左手定则。通过观看视频，可以使学生对如何判断洛伦兹力的方向更形象。
（2）左手定则：伸开左手，使拇指和其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向，这时拇指所指的方向就是该电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。

学生结合多媒体上展示的立体图片相互感受如何用左手定则判断洛伦兹力的方向。
、洛伦兹力的特点：
F既与B垂直又与v垂直，即垂直于B和v所确定的平面，但B与v不一定垂直。
思考讨论：
洛伦兹力对物体的运动能起到什么作用？
小组讨论，然后让学生展示：
洛伦兹力对电荷不做功,只改变粒子速度的方向，不改变粒子速度的大小。
洛伦兹力的大小：
教师提出问题：你能根据洛伦兹力与安培力关系，尝试推导速度垂直入射磁场时受到的洛伦兹力的大小吗？
结合多媒体上展示的图片。小组内讨论如何根据安培力的计算公式推到洛伦兹力的计算公式？
小组讨论后，学生展示推导过程。
当运动电荷速度方向与磁场方向垂直时：
当运动电荷速度方向与磁场方向不垂直时，洛伦兹力应该如何计算？
小组讨论，然后让学生展示：
F＝qvBsin θ，θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角：
①当θ＝90°时，v⊥B，sin θ＝1，F＝qvB，即运动方向与磁场垂直时，洛伦兹力最大。
②当v∥B 时，θ＝0°，sin θ＝0，F＝0，即运动方向与磁场平行时，不受洛伦兹力。
③当电荷静止于磁场中时（v =0）: F洛＝0 (即静止电荷不受洛伦兹力)
（三）、洛伦兹力在科学技术中的应用
电视显像管
学生自主学习课本内容，了解显像管的工作原理。
学生展示: 洛伦兹力的方向与粒子的运动速度方向垂直，当粒子在磁场中运动时，粒子受到洛伦兹力的作用，从而发生偏转。显像管电视机中就应用了电子束磁偏转的原理。
速度选择器
教师提出问题：
平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直，这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器。请思考它能选择出来多大的速度的粒子？
小组讨论：让学生展示速度选择器的工作原理。
若qE=Bqv粒子将以速度v做匀速直线
教师提出问题：
若将粒子从右边射入，粒子还能在速度选择器中做匀速直线运动吗
学生展示：
不仅选择速度的大小，还选择速度的方向。
磁流体发电机
等离子束
平行金属板 之间有一个很强的磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场，电荷在洛伦兹力偏转运动到两金属板，让两金属板带上等量异种电荷，这样两极板间便产生了电势U,U会不断增大吗？
学生分小组讨论：学生自主展示。（教师补充）
当Bqv＝qE=qU/d
得：U＝Bdv
（四）、当堂达标练（限时）
1.(洛伦兹力方向） 试标出图中的带电粒子进入匀强磁场时所受的洛伦兹力的方向

2.(洛伦兹力的方向)如图所示,电子枪发射电子经加速后沿虚线方向进入匀强磁场区域(图中圆内),沿图中实线方向射出磁场,最后打在屏上P点,则磁场的方向可能为( )
A.垂直于纸面向外 B.垂直于纸面向 C.平行于纸面向上 D.平行于纸面向右
2.(洛伦兹力的大小）如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于纸面向外,质量为m、电荷量为q的小球在倾角为α的光滑斜面上由静止开始下滑。带电小球下滑后某个时刻对斜面的压力恰好为零。
(1)小球的带电性质如何?
(2)此时小球下滑的速度和位移分别为多大?
3（速度选择器）如图所示，从S处发出的热电子经加速电压U加速后垂直进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，发现电子流向上极板偏转，不考虑电子本身的重力。设两极板间电场强度为E，磁感应强度为B。欲使电子沿直线从电场和磁场区域通过，只采取下列措施，其中可行的是( )
A．适当减小电场强度E
B．适当减小磁感应强度B
C．适当增大加速电场的宽度
D．适当减小加速电压U
4.（磁流体发电机）如图所示，磁流体发电机的极板相距d＝0.2m，极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，B＝1.0T。外电路中可变负载电阻R用导线与极板相连。电离气体以速率v＝1100m/s沿极板射入，极板间电离气体等效内阻r＝0.1Ω，试求此发电机的最大输出功率为等离子束
多大？
解析：S断开时，由离子受力平衡可得qvB＝qE＝qU/d，所以板间电压为U＝Bvd
此发电机的电动势为
E源＝U＝Bvd＝1.0×1100×0.2V＝220V
当可变电阻调到R＝r＝0.1Ω时，电源的输出功率最大，最大输出功率为
板书设计
方向：左手定则判断
洛洛伦兹力
定义：磁场对运动电荷的作用力。
大小：F=qvB (B⊥v)
一般情况下F=qvBsin
特点：洛伦兹力对电荷不做功。
应用：电视显像管，速度选择器，磁流体发电机工作原理