《磁場對運動電荷的作用力》優(yōu)質(zhì)課比賽教學(xué)設(shè)計

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1、《磁場對運動電荷的作用力》教學(xué)設(shè)計 本節(jié)教材的重點是洛侖茲力產(chǎn)生的條件，洛侖茲力的大小和方向，難點是公式f=Bqv的推導(dǎo)，為突出重點和難點，該節(jié)內(nèi)容不涉及帶電粒子在磁場中的運動軌跡等問題。 洛侖茲力與重力、彈力及摩擦力相比是比較抽象的，理解上也有一定的難度。直接指出該力的產(chǎn)生原因再進(jìn)行推導(dǎo)，最后由實驗驗證也完全可以。然而考慮到該力的抽象性，從已知的安培力產(chǎn)生的本質(zhì)原因入手，來解決這個問題會使學(xué)生更容易接受洛侖茲力大小計算式（f=qvBsinθ）的推導(dǎo)體現(xiàn)了物理與數(shù)學(xué)兩門學(xué)科密切的關(guān)系，善于利用數(shù)學(xué)工具解決物理問題是學(xué)好物理必不可少的前提條件之一。整體教學(xué)過程安排的設(shè)想是為了培養(yǎng)學(xué)生用分析、

2、猜想、實驗（觀察）、理論驗證的科學(xué)方法探求新知識的能力 〖教學(xué)目標(biāo)〗 1．知識和技能： ①了解什么是洛侖茲力。 ②明確通電導(dǎo)線在磁場中的受力是其中運動電荷在磁場中受到洛侖茲力的宏觀體現(xiàn)。 ③掌握判斷洛侖茲力方向的法則。 ④能夠推導(dǎo)計算洛侖茲力大小的公式（f=qvBsinθ）。 2．過程和方法： ①通過觀察演示實驗認(rèn)識并驗證帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的受力情況，借此培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、分析問題的能力。，然后啟發(fā)指導(dǎo)學(xué)生自己推導(dǎo)公式f=qvB。 ②引導(dǎo)學(xué)生用分析、猜想、實驗（觀察）、理論驗證的科學(xué)方法探求新知識，增強(qiáng)他們的能力。 3.情感態(tài)度與價值觀:

3、 過本節(jié)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的方法論思想：即“推理——假設(shè)——實驗驗證” 【重點難點疑點及解決辦法】 1．重點使學(xué)生理解安培力產(chǎn)生的根本原因是運動粒子在勻強(qiáng)磁場中受到洛侖茲力的作用，并掌握計算洛侖茲力的大小、判斷洛侖茲力方向的方法。 2．推導(dǎo)洛侖茲力大小的計算公式（f=qvBsinθ）有些抽象，學(xué)生不易認(rèn)識和理解，是教學(xué)的難點，應(yīng)加以注意。 3、疑點:　　磁場對運動電荷有作用力，磁場對靜止電荷卻沒有作用力。 4、解決辦法:　　引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生由安培力的概念得出洛侖茲力的概念，使學(xué)生深入理解洛侖茲力的大小和方向。 【師生互動活動設(shè)計】 　　教師先復(fù)習(xí)導(dǎo)入，通過實驗驗證洛侖茲力的存在

4、，然后啟發(fā)指導(dǎo)學(xué)生自己推導(dǎo)公式 。理解洛侖茲力方向的判定方向，注意與點電荷所受電場大小、方向的區(qū)別。 【主要教學(xué)過程】 （一）、設(shè)置問題，導(dǎo)入新課。 情景：如圖1所示，AB導(dǎo)體桿的兩端分別用細(xì)線懸掛于O1、O2兩點，AB導(dǎo)體桿處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場中。導(dǎo)線將受向外的安培力。 問題：那么，安培力產(chǎn)生的本質(zhì)原因是什么呢？開關(guān)的閉合與斷開關(guān)系到導(dǎo)體桿是否受到安培力。開關(guān)的閉合與斷開到底有什么本質(zhì)上的不同？ 分析：開關(guān)閉合后，AB中有定向移動的電荷，此時AB導(dǎo)體桿受到安培力。開關(guān)斷開后，AB中沒有定向移動的電荷，AB導(dǎo)體桿不受安培力。 【猜想與假設(shè)】  磁場對通電導(dǎo)線的安培力是否是作

5、用在大量運動電荷上的力上的呢？，安培力是大量運動電荷所受到的磁場力的宏觀體現(xiàn)呢？ （二）、洛侖茲力 1、實驗探究：磁場對運動電荷有力的作用。 實驗?zāi)康模菏菣z驗我們的猜測。因此，必須先提供運動電荷和磁場。此外，如何顯示帶電粒子的運動也是需要認(rèn)真考慮的問題。 解決方案：感應(yīng)圈產(chǎn)生高壓，加在機(jī)械效應(yīng)陰極射線管上可觀察到葉輪發(fā)光并轉(zhuǎn)動。若高壓反向，則葉輪向相反方向轉(zhuǎn)動。這樣的方法得到帶負(fù)電的粒子流——陰極射線。 用改進(jìn)的裝置，直進(jìn)陰極射線管進(jìn)行實驗。介紹儀器結(jié)構(gòu)后，外加高壓，出現(xiàn)一條亮線。加外部磁場并觀察現(xiàn)象：亮線發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 改變磁場的方向，觀察磁場力的方向。 結(jié)論：亮線表示的是帶負(fù)電粒

6、子流的運動軌跡，在外部磁場的作用下運動方向發(fā)生變化，表明其有加速度，進(jìn)一步判定帶負(fù)電粒子受到力的作用。猜測得到驗證。 2、洛侖茲力：從演示實驗中可以觀察到：陰極射線（電子流）在磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即實驗證明了磁場對運動電荷有力的作用，這一力稱為洛侖茲力． 學(xué)生思考：洛侖茲力產(chǎn)生的條件？ 3、洛侖茲力方向的判斷 進(jìn)一步觀察電子束垂直進(jìn)入磁場時的偏轉(zhuǎn)，并改變磁場方向。在黑板上作圖表示，讓同學(xué)找出一種判斷方法。也可聯(lián)系安培力方向的判斷推理確定洛侖茲力方向的判斷方法——左手定則。 結(jié)論：洛侖茲力的方向判斷也遵循左手定則。 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

7、磁場中，讓磁感線垂直穿入手心，若四指指向正電荷運動的方向（或負(fù)電荷運動的反方向），那么拇指所受的方向就是電荷所受洛倫茲力的方向。 4、理論探索：洛侖茲力的大小 情景：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，每個自由電荷的電量為q，定向移動的平均速率為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的勻強(qiáng)磁場中. 問題：這段導(dǎo)體所受的安培力為多大？ 問題；電流強(qiáng)度I的微觀表達(dá)式是多少？ 問題:這段導(dǎo)體中含有多少自由電荷數(shù)？ 問題:每個自由電荷所受的洛倫茲力大小為多大？ 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？

8、有興趣的同學(xué)課下探討，教師不做重點講解. 由通電導(dǎo)線不垂直于磁場對受到的安培力入手分析，F(xiàn)安=BILsinθ，可得f=qvBsinθ. θ為電荷運動速度方向與磁場方向的夾角 討論：θ=90時，f=qvB θ=0時，f=0,v和B在同一直線上，不受洛倫茲力. ［教師補(bǔ)充］ 宇宙射線是穿透力極強(qiáng)的輻射線，它們來自宇宙空間，從各個方向射向地球，20世紀(jì)初，我們想要獲得一個不受輻射影響的實驗環(huán)境，總是不能如愿，即使深入礦井內(nèi)部，仍然擺脫不開宇宙射線穿透性輻射的干擾，1912年，奧地利物理學(xué)家海斯乘氣球升空去探尋這些輻射的來源，他發(fā)現(xiàn)，在氣球上升過程中，輻射不是減弱而是增強(qiáng)了，后來又發(fā)現(xiàn)，兩

9、極地區(qū)的輻射更為強(qiáng)大，說明它似乎受地球磁場的影響，表明它含有帶電粒子（如質(zhì)子），宇宙射線中的帶電粒子在穿越地磁場過程中，受到地磁場對它們的洛倫茲力的作用，運動方向會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，對宇宙射線有一定的阻擋作用，大大減弱了到達(dá)地球表面的宇宙射線. 例題分析：如圖3所示，某一帶電粒子垂直射入一個垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，并經(jīng)過P點，試判斷帶電粒子的電性。 點撥：帶電粒子向下偏轉(zhuǎn)，說明洛侖茲力向下，由左手定則 可知，帶電粒子帶負(fù)電。 （三）電視顯像管的原理 【情景】：從圖4中可以看出，沒有磁場時電子束休在熒光屏正中的0點。為使電子束偏轉(zhuǎn)，由安裝在管頸的偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場。 【問題】 1、如果要

10、使電子束在豎直方向偏離中心，打在熒光屏上的A點，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向？ 2、如果要使電子束打在B點，磁場應(yīng)該沿什么方向？ 3、如果要使電子束打在熒光屏的位置由B逐漸向A點移動，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該怎樣變化？ 【點撥】： 1、由于電子帶負(fù)電向右運動，可由左手定則得出磁場向外。 2、同理磁場應(yīng)向里。 3、磁場應(yīng)向外的逐漸減小到零然后反向增大。 （四）、課堂練習(xí) 1．一電荷q在勻強(qiáng)磁場中運動，下列說法正確的是（B） A.只要速度的大小相同，所受的洛倫茲力就相同 B.如果速度不變，把電荷q改為-q，洛倫茲力的方向?qū)⒎聪?，但大小不? C.洛倫茲力的方向一定與電荷速度

11、方向垂直，磁場方向一定與電荷運動方向垂直 D.粒子在洛倫茲力作用下運動時，動能和動量均不變 2．一個長螺線管中通有交變電流，把一個帶電粒子沿管軸線射入管中（不計重力），粒子將在管中(D) A.做圓周運動 B.沿軸線來回運動 C.做勻加速直線運動 D.做勻速直線運動 3．如圖所示，銅質(zhì)導(dǎo)電板置于勻強(qiáng)磁場中，通電時銅板中電流方向向下，由于磁場的作用，則（C） A.板左側(cè)聚集較多電子，使b點電勢高于a點 B.板左側(cè)聚集較多電子，使a點電勢高于b點 C.板右側(cè)聚集較多電子，使a點電勢高于b點 D.板右側(cè)聚集較多電子，使b點電勢高于a點 第 6 頁 共 6 頁