带电粒子在磁场中的运动教案.doc

磁场对运动电荷的作用

一、教材分析
洛仑兹力的方向判断是重点，实验结合理论探究洛仑兹力方向，再由安培力的表达式推导出洛仑兹力的表达式的过程是培养学生逻辑思维能力的好机会，一定要让全体学生都参与这一过程。
二、教学目标：
（一）知识与技能
1、知道什么是洛伦兹力，知道洛伦兹力与安培力的关系。
2、会用左手定则判断洛伦兹力的方向。知道四指指向与正电荷运动方向相同，与负电荷运动方向相反。
3、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。掌握该公式的适用范围。
4、了解电视机显像管的工作原理。
（二）过程与方法
由磁场对电流的作用联想磁场对运动电荷的作用,进而能导出洛伦兹力大小的计算公式,并会利用此公式计算相关问题,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” 。
三、教学重点难点
重点：洛伦兹力方向的判断，洛伦兹力的计算公式。
难点：洛伦兹力大小的推导
四、学情分析
本节是安培力的延续，又是后面学习带电体在磁场中运动的基础，还是力学分析中重要的一部分。学好本节，对以后力学综合中涉及洛伦兹力的分析，对利用功能关系解力学问题，有很大的帮助。
五、教学方法
实验观察法、逻辑推理法、讲解法
六、课前准备
1、学生的准备：认真预习课本及学案内容
2、教师的准备：多媒体课件制作，演示实验器材
七、课时安排：
1课时
八、教学过程
（一）情景引入、展示目标
1、视频引入：通过白板插入太阳风视频，提出问题;为什么太阳风无法侵入到地球表面呢？
地球的磁场又是如何担当起生命保护神的职责的?通过今天的学习，我们就能自己找到答案。
（二）、演示实验
1、介绍阴极射线管的结构
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。

2、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
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。这种作用力叫洛伦兹力。
（三）合作探究、精讲点播
1、洛伦兹力的方向
由已知结论提出猜想
分析我们已知的事实：
1、 磁场对电流有力的作用，这种作用力叫安培力。
2、 电荷的定向移动形成电流。
3、 磁场对运动电荷有力的作用，这种作用力叫洛伦兹力。
结合以上几点，大家会想到什么
猜想：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。
实验验证：如果安培力是洛伦兹力的宏观表现的猜想是正确的话，那么判断安培力的方法同样也适用于判断洛伦兹力，即可以用左手定则来判断洛伦兹力的方向。
提问;在判断安培力的时候，四指指向于什么相同？（电流的方向）
在判断洛伦兹力的方向时, 运动的电荷可能是正电荷，也可能是负电荷，此时四指该怎样指向呢？为什么?(电流与正电荷运动方向相同，与负电荷运动方向相反)
实验验证：多次实验，验证用左手定则判断的洛伦兹力的方向与实验结果是否相同，
结论：实验相符，说明我们的猜想是正确的，洛伦兹力是安培力的微观形式，安培力是洛伦兹力的宏观表现，且可以用左手定则判断洛伦兹力的方向。
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。
方向判断方法：（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。
课堂巩固：
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。
2、洛伦兹力的大小
提问1、静止的电荷在磁场中是否会受到力的作用呢？
实验验证，静止的电荷在磁场中不受到力的作用。
提问2、电荷的运动方向与磁场方向平行时，是否会受到洛伦兹力的作用呢？
实验验证，当电荷的运动方向与磁场方向平行时，同样也不会受到洛伦兹力的作用。
提问3、如何求运动电荷垂直进入磁场中时所受的洛伦兹力的大小呢？
学生讨论：提出思路：用一段通电导体所受的安培力除以这段导体中的电荷总数就得到每个电荷所受的洛伦兹力。
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：
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？
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。
课后思考与讨论：
1、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？
2、射向赤道附近的高能粒子（太阳风）为什么无法进入地球表面？射向南北极的宇宙射线，为什么基本没有发生偏转，这与极光容易在南北极出现是否有关？你现在知道为什么地磁场是地球生命的保护神了吗？
（四）反思总结、当堂检测
（五）发导学案、布置作业
九、板书设计
磁场对运动电荷的作用
1、洛伦兹力的方向：左手定则
2、洛伦兹力的大小：
3、电视显像管的工作原理
十、教学反思
“思考与讨论”在课堂上可组织学生开展小组讨论，根据线索的实际情况灵活铺设台阶，让不同层次的学生在讨论中有比较深刻的感受，然后通过交流发言得出正确结论。