物理5 电荷在磁场中受到的力教案及反思

课题

5 运动电荷在磁场中受到的力

设计教师

授课教师

时间

课型

新授课

课时

教学

目标

一、知识与能力

1、知道什么是洛伦兹力。

2、利用左手定则会判断洛伦兹力的方向，理解洛伦兹力对电荷不做功。

3、掌握洛伦兹力大小的推理过程。

4、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。

5、了解电视机显像管的工作原理。

二、过程与方法

通过洛伦兹力大小的推导过程进一步培养学生的分析推理能力。

三、情感态度与价值观

让学生认真体会科学研究最基本的思维方法：“推理—假设—实验验证”

重点

难点

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。

教法

实验观察法、讲述法、分析推理法

教具

电子射线管、电源、磁铁、投影仪、投影片，多媒体辅助教学设备

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师生活动

（一）引入新课

前面我们学习了磁场对电流的作用力，下面思考两个问题：

（1）如图，判定安培力的方向

若已知上图中：B=4.0×10-2 T，导线长L=10 cm，I=1 A。求：导线所受的安培力大小？

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（2）电流是如何形成的？     电荷的定向移动形成电流。

磁场对电流有力的作用，电流是由电荷的定向移动形成的，大家会想到什么？

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。

［演示实验］用阴极射线管研究磁场对运动电荷的作用。如图3.5-1

说明电子射线管的原理：

从阴极发射出来电子，在阴阳两极间的高压作用下，使电子加速，形成电子束，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。

实验现象：在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将蹄形磁铁靠近阴极射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。

分析得出结论：磁场对运动电荷有作用。（引入新课）

（二）进行新课

1、洛伦兹力的方向和大小

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安培力实际是洛伦兹力的宏观表现。

方向（左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都和手掌在一个平面内，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向正电荷运动的方向，那么，大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。

如果运动的是负电荷，则四指指向负电荷运动的反方向，那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。

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1、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。

甲                              乙

       丙                               丁

下面我们来讨论B、v、F三者方向间的相互关系。如图所示。

结论：F总垂直于B与v所在的平面。B与v可以垂直，可以不垂直。

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洛伦兹力的大小

若有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q，定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中。

这段导体所受的安培力为         F安=BIL

电流强度I的微观表达式为       I=nqSv

这段导体中含有自由电荷数为     N=nLS。

安培力可以看作是作用在每个运动上的洛伦兹力F的合力，这段导体中含有的自由电荷数为nLS，所以每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为

当运动电荷的速度v方向与磁感应强度B的方向不垂直时，设夹角为θ，则电荷所受的洛伦兹力大小为

上式中各量的单位：

为牛（N），q为库伦（C），v为米/秒（m/s），B为特斯拉（T）

思考与讨论：

同学们讨论一下带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力对带电粒子是否做功？

教师引导学生分析得：

洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面即洛伦兹力垂直于速度方向，因此

洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，所以洛伦兹力对电荷不做功。

思考：

（1）、电子的速率v=3×106 m/s，垂直射入B=0.10 T的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？

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（2）、来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将_______

A．竖直向下沿直线射向地面   B．相对于预定地面向东偏转

C．相对于预定点稍向西偏转   D．相对于预定点稍向北偏转

2、电视显像管的工作原理

在图3.5－4中，如图所示：

（1）要是电子打在A点，偏转磁场应该沿什么方向？    垂直纸面向外

（2）要是电子打在B点，偏转磁场应该沿什么方向？    垂直纸面向里

（3）要是电子打从A点向B点逐渐移动，偏转磁场应该怎样变化？

先垂直纸面向外并逐渐减小，然后垂直纸面向里并逐渐增大。

学生阅读教材，进一步了解显像管的工作过程。

课堂训练

1、关于带电粒子所受洛伦兹力F和磁感应强度B及粒子速度v三者之间的关系，下列说法中正确的是（     ）

A．F、B、v三者必定均保持垂直

B． F必定垂直于B、v，但B不一定垂直于v

C．B必定垂直于F、v，但F不一定垂直于v

D．v必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B

2、如图所示的是磁感应强度B、正电荷速度v和磁场对电荷的作用力F三者方向的相互关系图（其中B垂直于F与v决定的平面，B、F、v两两垂直）。其中正确的是（   ）

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