《磁场对运动电荷的作用力》优质课比赛教学设计.doc

磁场对运动电荷的作用力教学设计本节教材的重点是洛仑兹力产生的条件，洛仑兹力的大小和方向，难点是公式f=bqv的推导，为突出重点和难点，该节内容不涉及带电粒子在磁场中的运动轨迹等问题。洛仑兹力与重力、弹力及摩擦力相比是比较抽象的，理解上也有一定的难度。直接指出该力的产生原因再进行推导，最后由实验验证也完全可以。然而考虑到该力的抽象性，从已知的安培力产生的本质原因入手，来解决这个问题会使学生更容易接受洛仑兹力大小计算式（f=qvbsin）的推导体现了物理与数学两门学科密切的关系，善于利用数学工具解决物理问题是学好物理必不可少的前提条件之一。整体教学过程安排的设想是为了培养学生用分析、猜想、实验（观察）、理论验证的科学方法探求新知识的能力教学目标1知识和技能：了解什么是洛仑兹力。明确通电导线在磁场中的受力是其中运动电荷在磁场中受到洛仑兹力的宏观体现。掌握判断洛仑兹力方向的法则。能够推导计算洛仑兹力大小的公式（f=qvbsin）。2过程和方法：通过观察演示实验认识并验证带电粒子在匀强磁场中的受力情况，借此培养学生观察能力、分析问题的能力。，然后启发指导学生自己推导公式f=qvb。引导学生用分析、猜想、实验（观察）、理论验证的科学方法探求新知识，增强他们的能力。 3.情感态度与价值观:过本节教学，培养学生科学研究的方法论思想：即“推理假设实验验证”【重点难点疑点及解决办法】1重点使学生理解安培力产生的根本原因是运动粒子在匀强磁场中受到洛仑兹力的作用，并掌握计算洛仑兹力的大小、判断洛仑兹力方向的方法。2推导洛仑兹力大小的计算公式（f=qvbsin）有些抽象，学生不易认识和理解，是教学的难点，应加以注意。3、疑点:磁场对运动电荷有作用力，磁场对静止电荷却没有作用力。4、解决办法:引导和启发学生由安培力的概念得出洛仑兹力的概念，使学生深入理解洛仑兹力的大小和方向。【师生互动活动设计】教师先复习导入，通过实验验证洛仑兹力的存在，然后启发指导学生自己推导公式 。理解洛仑兹力方向的判定方向，注意与点电荷所受电场大小、方向的区别。【主要教学过程】（一）、设置问题，导入新课。情景：如图1所示，ab导体杆的两端分别用细线悬挂于o1、o2两点，ab导体杆处于竖直向下的匀强磁场中。导线将受向外的安培力。问题：那么，安培力产生的本质原因是什么呢？开关的闭合与断开关系到导体杆是否受到安培力。开关的闭合与断开到底有什么本质上的不同？分析：开关闭合后，ab中有定向移动的电荷，此时ab导体杆受到安培力。开关断开后，ab中没有定向移动的电荷，ab导体杆不受安培力。【猜想与假设】 磁场对通电导线的安培力是否是作用在大量运动电荷上的力上的呢？，安培力是大量运动电荷所受到的磁场力的宏观体现呢？（二）、洛仑兹力1、实验探究：磁场对运动电荷有力的作用。实验目的：是检验我们的猜测。因此，必须先提供运动电荷和磁场。此外，如何显示带电粒子的运动也是需要认真考虑的问题。解决方案：感应圈产生高压，加在机械效应阴极射线管上可观察到叶轮发光并转动。若高压反向，则叶轮向相反方向转动。这样的方法得到带负电的粒子流阴极射线。用改进的装置，直进阴极射线管进行实验。介绍仪器结构后，外加高压，出现一条亮线。加外部磁场并观察现象：亮线发生偏转。改变磁场的方向，观察磁场力的方向。结论：亮线表示的是带负电粒子流的运动轨迹，在外部磁场的作用下运动方向发生变化，表明其有加速度，进一步判定带负电粒子受到力的作用。猜测得到验证。2、洛仑兹力：从演示实验中可以观察到：阴极射线（电子流）在磁场中发生偏转，即实验证明了磁场对运动电荷有力的作用，这一力称为洛仑兹力学生思考：洛仑兹力产生的条件？3、洛仑兹力方向的判断进一步观察电子束垂直进入磁场时的偏转，并改变磁场方向。在黑板上作图表示，让同学找出一种判断方法。也可联系安培力方向的判断推理确定洛仑兹力方向的判断方法左手定则。结论：洛仑兹力的方向判断也遵循左手定则。左手定则：伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，若四指指向正电荷运动的方向（或负电荷运动的反方向），那么拇指所受的方向就是电荷所受洛伦兹力的方向。4、理论探索：洛仑兹力的大小情景：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的匀强磁场中.问题：这段导体所受的安培力为多大？ 问题；电流强度i的微观表达式是多少？ 问题:这段导体中含有多少自由电荷数？ 问题:每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为多大？ 问题:若此电子不垂直射入磁场，电子受到的洛伦兹力又如何呢？有兴趣的同学课下探讨，教师不做重点讲解.由通电导线不垂直于磁场对受到的安培力入手分析，f安=bilsin，可得f=qvbsin.为电荷运动速度方向与磁场方向的夹角讨论：=90时，f=qvb=0时，f=0,v和b在同一直线上，不受洛伦兹力.教师补充宇宙射线是穿透力极强的辐射线，它们来自宇宙空间，从各个方向射向地球，20世纪初，我们想要获得一个不受辐射影响的实验环境，总是不能如愿，即使深入矿井内部，仍然摆脱不开宇宙射线穿透性辐射的干扰，1912年，奥地利物理学家海斯乘气球升空去探寻这些辐射的来源，他发现，在气球上升过程中，辐射不是减弱而是增强了，后来又发现，两极地区的辐射更为强大，说明它似乎受地球磁场的影响，表明它含有带电粒子（如质子），宇宙射线中的带电粒子在穿越地磁场过程中，受到地磁场对它们的洛伦兹力的作用，运动方向会发生偏转，对宇宙射线有一定的阻挡作用，大大减弱了到达地球表面的宇宙射线.例题分析：如图3所示，某一带电粒子垂直射入一个垂直纸面向外的匀强磁场，并经过p点，试判断带电粒子的电性。点拨：带电粒子向下偏转，说明洛仑兹力向下，由左手定则可知，带电粒子带负电。（三）电视显像管的原理【情景】：从图4中可以看出，没有磁场时电子束休在荧光屏正中的0点。为使电子束偏转，由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场。【问题】1、如果要使电子束在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上的a点，偏转磁场应该沿什么方向？2、如果要使电子束打在b点，磁场应该沿什么方向？3、如果要使电子束打在荧光屏的位置由b逐渐向a点移动，偏转磁场应该怎样变化？ 【点拨】：1、由于电子带负电向右运动，可由左手定则得出磁场向外。 2、同理磁场应向里。 3、磁场应向外的逐渐减小到零然后反向增大。（四）、课堂练习1一电荷q在匀强磁场中运动，下列说法正确的是（b）a.只要速度的大小相同，所受的洛伦兹力就相同b.如果速度不变，把电荷q改为-q，洛伦兹力的方向将反向，但大小不变c.洛伦兹力的方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直d.粒子在洛伦兹力作用下运动时，动能和动量均不变2一个长螺线管中通有交变电流，把一个带电粒子沿管轴线射入管中（不计重力），粒子将在管中(d)a.做圆周运动 b.沿轴线来回运动c.做匀加速直