2022年高二物理磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用 人教版(I)

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1、2022年高二物理磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用 人教版(I) 教學(xué)目標(biāo)： 一、知識(shí)目標(biāo) 1、知道什么是洛倫茲力. 2、利用左手定則會(huì)判斷洛倫茲力的方向. 3、知道洛倫茲力大小的推理過程. 4、掌握垂直進(jìn)入磁場方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計(jì)算. 5、了解v和B垂直時(shí)的洛倫茲力大小及方向判斷. 6、理解洛倫茲力對電荷不做功. 二、能力目標(biāo) 通過洛倫茲力大小的推導(dǎo)過程進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的分析推理能力. 三、德育目標(biāo) 讓學(xué)生認(rèn)真體會(huì)科學(xué)研究最基本的思維方法:“推理—假設(shè)—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證” 教學(xué)重點(diǎn) 1.利用左手定則會(huì)判斷洛倫茲力的方向. 2.掌握垂直進(jìn)入磁場方向的帶電粒子，受到洛倫茲

2、力大小的計(jì)算. 教學(xué)難點(diǎn) 1.洛倫茲力對帶電粒子不做功. 2.洛倫茲力方向的判斷. 教 學(xué) 過 程 教學(xué)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)意圖 復(fù)習(xí)提問 前面我們學(xué)習(xí)了磁場對電流的作用力，下面思考兩個(gè)問題： 1.如圖判定安培力的方向 學(xué)生上黑板做，解答如下： 若已知上圖中：B=4.0×10-2 T，導(dǎo)線長L=10 cm，I=1 A.求：導(dǎo)線所受的安培力大小？ ［學(xué)生解答］ 已知：B=4×10-2 T I=1 A L=10 cm=0.1 m 求F. 解：F=BIL=4×10-2 T×1 A×0.1 m=4×10-3 N 答：導(dǎo)線受的安培力大小為4×10-3

3、N. 復(fù)習(xí)提問 2.什么是電流？ ［學(xué)生答］電荷的定向移動(dòng)形成電流. ［教師講述］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，我們會(huì)想到：這個(gè)力可能是作用在運(yùn)動(dòng)電荷上的，而安培力是作用在運(yùn)動(dòng)電荷上的力的宏觀表現(xiàn). ［演示實(shí)驗(yàn)］觀察磁場是否對運(yùn)動(dòng)電荷有作用. ［教師］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)結(jié)果］在沒有外磁場時(shí)，電子束沿直線運(yùn)動(dòng)，將蹄形磁鐵靠近電子射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生

4、了彎曲. ［學(xué)生分析得出結(jié)論］ 磁場對運(yùn)動(dòng)電荷有作用. §15--4磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用 一、洛倫茲力 1、定義：運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的作用力. 通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn). ［過渡語］運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到洛倫茲力的作用，那么洛倫茲力的方向如何判斷呢？ ［問題］ 如圖 1.判定安培力方向. 2.電流方向和電荷運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系. 3.F安的方向和洛倫茲力方向關(guān)系. 4.電荷運(yùn)動(dòng)方向、磁場方向、洛倫茲力方向的關(guān)系. ［學(xué)生答］ 1.上圖甲中安培力方向?yàn)榇怪彪娏鞣较蛳蛏?，乙圖安培力方向?yàn)榇怪彪娏鞣较蛳蛳? 2.電流方向和正電荷運(yùn)動(dòng)方向相同，和

5、負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)方向相反. 3.F安的方向和正電荷所受的洛倫茲力的方向相同，和負(fù)電荷所受的洛倫茲力的方向相反. 4.學(xué)生分析總結(jié). 二、洛倫茲力方向的判斷——左手定則 伸開左手，使大拇指和其余四指垂直且處于同一平面內(nèi)，把手放入磁場中，讓磁感線垂直穿入手心，若四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向，那么拇指所受的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向；若四指指向是電荷運(yùn)動(dòng)的反方向，那么拇指所指的正方向就是負(fù)電荷所受洛倫茲力的方向. ［投影出示練習(xí)題］ 1.試判斷下圖中所示的帶電粒子剛進(jìn)入

6、磁場時(shí)所受的洛倫茲力的方向. ［學(xué)生解答］ 1.甲中正電荷所受的洛倫茲力方向向上. 2.乙中正電荷所受的洛倫茲力方向向下. 3.丙中正電荷所受的洛倫茲力方向垂直于紙面指向讀者. 4.丁中正電荷所受的洛倫茲力的方向垂直于紙面指向紙里. 三、洛倫茲力的大小 現(xiàn)在我們來研究一下洛倫茲力的大小. 若有一段長度為L的通電導(dǎo)線，橫截面積為S，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］這段導(dǎo)體所受的安培力為多大？ ［學(xué)生答］F安=BIL ［問題］由第十五章第1節(jié)的思考和討論，電流

7、強(qiáng)度I的微觀表達(dá)式是多少？ ［學(xué)生答］I的微觀表達(dá)式為I=nqSv ［問題］這段導(dǎo)體中含有多少自由電荷數(shù)？ ［學(xué)生答］這段導(dǎo)體中含有的電荷數(shù)為nLS. ［問題］每個(gè)自由電荷所受的洛倫茲力大小為多大？ ［學(xué)生答］安培力可以看作是作用在每個(gè)運(yùn)動(dòng)上的洛倫茲力F的合力，這段導(dǎo)體中含有的自由電荷數(shù)為nLS,所以 1、計(jì)算式：f=qvB 2、各量的單位：f為牛（N），q為庫倫（C），v為米/秒（m/s）,B為特斯拉（T） 3、適用條件：v⊥B ［問題］若此電子不垂直射入磁場，電子受到的洛倫茲力又如何呢？有興趣的同學(xué)課下探討，教師不做重點(diǎn)講解. 由通電導(dǎo)線不垂直于磁場對受到的安培力入手分

8、析，F(xiàn)安=BILsinθ，可得f=qvBsinθ. 說明： （1）θ角為電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場方向的夾角. （2）θ=90°時(shí)f=qvB;θ=0°時(shí)F=0. （3）因?yàn)锽為矢量 Bsinθ為B在垂直于v方向上的分量. Bcosθ為B沿v方向上的分量. （4）因?yàn)関為矢量：f=qvBsinθ可寫成f=qBvsinθ. vsinθ理解為v在垂直于B方向上的分量. f=qvBsinθθ為電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場方向的夾角 討論：θ=90°時(shí)，f=q

9、vB θ=0°時(shí)，f=0,v和B在同一直線上，不受洛倫茲力. ［投影出示練習(xí)題］ 1.電子的速率v=3×106 m/s，垂直射入B=0.10 T的勻強(qiáng)磁場中，它受到的洛倫茲力是多大？ ［學(xué)生答］f=qvB=1.60×10-19×3×106×0.10=4.8×10-14 N 2.來自宇宙的質(zhì)子流，以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點(diǎn)，則這些質(zhì)子在進(jìn)入地球周圍的空間時(shí)，將_______ A.豎直向下沿直線射向地面 B.相對于預(yù)定地面向東偏轉(zhuǎn) C.相對于預(yù)定點(diǎn)稍向西偏轉(zhuǎn) D.相對于預(yù)定點(diǎn)稍向北偏轉(zhuǎn) ［學(xué)生答］B.地球表面地磁場方向由南向北，質(zhì)子是氫原子核帶正電，根據(jù)左手

10、定則可判定，質(zhì)子自赤道上空豎直下落過程中受洛倫茲力方向向東. ［問題］讓同學(xué)們討論一下帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，洛倫茲力對帶電粒子是否做功？說明理由. ［教師引導(dǎo)學(xué)生分析得］ 洛倫茲力的方向垂直于v和B組成的平面即洛倫茲力垂直于速度方向，因此，洛倫茲力只改變速度的方向，不改變速度的大小，所以洛倫茲力對電荷不做功.4、洛倫茲力對電荷不做功. 5、地磁場對宇宙射線中高能粒子的偏轉(zhuǎn)作用 小結(jié) 本節(jié)課我們認(rèn)識(shí)了磁場對電荷存在作用力，總結(jié)了它的方向和大小規(guī)律。值得注意的是，這些結(jié)論的得出都離不開一個(gè)重要的理論支持，那就是：安培力是洛侖茲力的宏觀體現(xiàn)。因此從某中角度看，本節(jié)知識(shí)仍然是前面知識(shí)的延續(xù)，所以，同學(xué)們要抓住這種聯(lián)系，而不要對新知識(shí)產(chǎn)生畏難情緒。 §15--4磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用 板 書 設(shè) 計(jì) 一、洛倫茲力 1、定義：運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的作用力. 通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn). 二、洛倫茲力方向的判斷——左手定則 三、洛倫茲力的大小1、計(jì)算式：f=qvB 2、各量的單位： f為牛（N），q為庫倫（C）， v為米/秒（m/s）,B為特斯拉（T） 3、適用條件：v⊥B 4、洛倫茲力對電荷不做功. 5、地磁場對宇宙射線中高能粒子的偏轉(zhuǎn)作用