《磁场对运动电荷的作用》教学设计.doc

《磁场对运动电荷的作用》教学设计
一、 教学目标
1． 知识与技能
（1） 知道运动电荷在磁场中的受力情况，当电荷运动方向与磁感应强度方向垂直时，电荷受到的洛仑兹力最大，等于qvB；
（2） 会运用洛仑兹力公式F = qvB解答有关问题；
（3） 会用左手定则解答有关洛仑兹力方向的问题。
2． 过程与方法
（1） 通过观察有关实验现象建立磁场对运动电荷作用的感性认识；
（2） 运用以前所学的知识建立合理物理模型，通过理论分析，建立对问题的理性认识；
（3） 利用对比法认清带电粒子在磁场和电场中受力情况的不同。
3． 情感、态度和价值观
体会从浅入深，从现象到本质，从感性到理性的认识事物的认识论
二、 教材分析与学生分析
1． 教材分析
本节是高中物理中重要的一节，洛仑兹力是磁场对运动电荷的基本作用力，是处理以后关于磁场问题的基础。教材先通过猜想提出问题，再通过实验现象观察让学生建立起感性认识，然后通过理论分析使问题更加清楚，上升到理性认识，最后通过实例体会知识的实际价值。
2． 学生分析
本节内容对学生的逻辑思维能力的要求较高，虽然初步建立对磁场的认识，但还不深刻，需充分调动已有知识结构和空间想象力；对于空间感不强，知识结构化不高的同学，可能存在较大学习障碍。
需用的已有概念：磁场，安培力，电流概念，电流的微观表述。
3． 教学注意事项
（1） 认真做好实验是基础；
（2） 逐步细致地引导学生揭示问题的本质，不可操之过急。
三、 教学重点和难点
通过理论推导建立当运动电荷垂直进入磁场时受到的洛仑兹力F = qvB
四、 教学应备实验器材
阴极射线管，高压线圈，蹄形磁体
五、 具体教学过程
教 师 学 生
通过导线放入磁场会怎样？ 思考并回答有关问题
电流是如何形成的？
由此想到了什么？
教 师 学 生
做演示实验：阴极射线管出来 观察并思考
的电子束在无磁场和有磁场情
况下的对比
1、 洛仑兹力
（1）定义：磁场对运动电荷的作用，叫洛仑兹力。
（2）洛仑兹力的方向——左手定则
说明：① 我们只研究电荷的运动方向与磁场方向垂直的情况，由左手定则可知，洛仑兹力的方向既与磁场方向垂直，又与电荷的运动方向垂直，即洛仑兹力垂直于v和B两者所决定的平面。
② 由于洛仑兹力F总是跟运动电荷的速度方向垂直，所以洛仑兹力对运动电荷不做功，洛仑兹力只能改变电荷速度的方向，不能改变速度的大小。
教 师 学 生
安培力的表达式如何？ 学生思考并回答：
电流的微观表达式是什么？ F安 = BIL
各量的物理含义如何？ I = nqvS
（3）洛仑兹力的大小
由F安 = BIL，I = nqvS
则磁场对每个自由电荷的作用力F = F安/nsL = qvB
注意：v⊥B
（4）洛仑兹力与安培力的关系
安培力是洛仑兹力的宏观表现，洛仑兹力是安培力的微观解释。
电流是带电粒子定向运动形成的，通电导线在磁场中受到磁场力（安培力）的作用，揭示了带电粒子在磁场中运动时要受磁场力作用的本质。
2、 电场力与洛仑兹力的比较
（1）电荷在电场中一定要受到电场力的作用，而电荷在磁场中不一定受磁场力作用，只有相对于磁场运动且运动方向与磁场不平行的电荷才受磁场力作用，而相对磁场静止的电荷或虽运动但运动方向与磁场方向平行的电荷则不受磁场力作用。
（2）电场对电荷作用力的大小仅决定于场强E和电量q，即F = qE；而磁场对电荷的作用力大小不仅与磁感应强度B和电荷电量q有关，还与电荷运动速度的大小v及速度方向与磁场方向的夹角θ有关，即F = qvB sinθ。
（3）电荷所受电场力的方向总是沿着电场线的切线（与电场方向相同或相反），而电荷所受磁场力的方向总是既垂直于磁场方向，又垂直于运动方向（即：垂直于磁场方向和电荷运动方向所决定的平面）。
（4）电荷在电场中运动，电场力要对运动电荷做功（电荷在等势面上运动除外），电荷的功能、动量发生变化；而电荷在磁场中运动时，磁场力一定不会对运动电荷做功，电荷的动能不变，动量改变。
3、速度选择器
D1和D2是两个平行金属板，分别连在电源的两极上，其间有一定的电场强度E，同时在这空间加有垂直于电场方向的磁场，磁感应强度为B、S1、S2为两个小孔，且S1和S2连线方向与金属板平行，速度沿S1、S2连线方向从S1飞入的带电粒子只有做直线运动才可以从S2飞出。因此能从S2飞出的带电粒子所受的电场力与洛仑兹力平衡，即：qE = qvB，
故只有带电粒子的速率满足v = E/B，即使电性不同，比荷不同，也可沿直线穿出右侧小孔S2，而其他速率的粒子要么上偏，要么下偏，无法穿出S2，因此利用此装置可达到选择某一速率带电粒子的目的，故称为速度选择器。

课堂小结：教师引导学生完成。
重点是洛仑兹力大小与方向的确定。
六、 课后反思
本节课先采用阴极射线管发出的电子束在磁场中偏转实验来激发学生兴趣，建立感性认识，并以实验为基础分析带电粒子受力方向与磁场方向的关系，加深对左手定则的理解，在洛伦兹力公式的建立过程中，用到了微观模型和逻辑推理，一部分学生理解不透，影响其对洛伦兹力本质的认识，对这部分学生应在后续教学中注意引导。
｛人教版2002 高中物理第二册（必修加选修） 第十五章 第四节｝