磁场对运动电荷的作用力.doc

磁场对运动电荷的作用力教学设计一、教学目标1、知识与技能（1）会用左手定则判断洛伦兹力的方向；（2）会计算洛伦兹力的大小；（3）知道电视显像管的基本构造以及它工作的基本原理。2、过程与方法（1）通过演示、实验、观察，形成洛伦兹力的概念；（2）通过探究明确洛伦兹力与安培力的关系(微观与宏观)，洛伦兹力的方向也可以用左手定则判断；（3）通过思考与讨论，推导出洛伦兹力大小F=qvBsin；（4）最后了解洛伦兹力的应用电视显像管中的磁偏转。3、情感态度与价值观（1）培养学生的科学思维和研究方法引导学生学会观察、分析、推理；（2）培养学生主动与他人合作的精神；培养学生自主学习探究的精神；（3）培养学生正确的学习态度，让学生关注国内外科技发展的现状与趋势。二、重难点分析教学重点：利用左手定则会判断洛伦兹力的方向；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。教学难点：对公式（f=qvBsin）的理解与推导；理解洛伦兹力对运动电荷不做功。三、导课过程1、新课引入 2同学们见过极光吗？极光是宇宙射来的带点粒子形成的，但是我们地球是整个都暴露在宇宙中的，为什么从宇宙深处射来的带电粒子会在地球两极上引起极光而不是在全球范围形成极光呢？等学习这节的内容后就都解释这个现象了。2、科学猜想 3首先我们仔细想想，刚才列举的实例所研究的对象是带电粒子的运动。第一章里我们学习了带电粒子在导体中的定向运动会产生电流，而上一节课又讲到，磁场对通电导体有安培力的作用.教师：磁场对电流有力的作用，电流是由电荷的定向移动形成的，大家会想到什么？学生：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。3、演示实验 8既然已经有了以上的猜想,接下来就是实验的验证,我们要验证磁场是不是真的对运动的电荷有力的作用.演示：用阴极射线管研究磁场对运动电荷的作用.教师：说明阴极管的组成部分和工作原理：阴极管由阴极、真空管、荧光屏、阳极组成.阴极在通电之后产生热量，使阴级被加热，变热的阴级会释放出大量的电子,由于阴极用来发射电子，所以阴极的面积较大,很容分辨出.阴极产生的电子在阴阳两极间的高压作用下，使电子加速，形成电子束，真空管可以防止空气分子对运动电荷产生影响直接轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，这样就显示出电子束的运动轨迹。（观察实验现象）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。改变磁感应强度的方向,电子束运动的方向也发生了改变.结论: 磁场对运动电荷有力的作用,前面的猜想正确.四、新课教学磁场对运动电荷的作用力称为洛伦磁力,它是以荷兰著名物理学家洛伦兹的名字命名的.1、洛伦兹力的方向和大小 15方向：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。通电的导体,我们用安培定则判断安培力的方向，因此可以用安培定则判断洛伦兹力的方向。左手定则：伸开左手，让拇指与其余四指垂直，并且与手掌在同一个平面内，让磁感线从手心穿入，并使四指指向正电荷运动（等效电流方向）的方向，这时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。判定练习:例题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 丁答：甲中正电荷所受的洛伦兹力方向向上；乙中负电荷所受的洛伦兹力方向向上；丙中正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸内；丁中负电荷所受的洛伦兹力的方向垂直于纸面指向纸外讨论B、v、F三者方向间的相互关系。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。教师：现在我们来研究洛伦兹力的大小。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。试推导出洛伦兹力的表达式:教师：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,这段导体中含有的电荷数为nLS。每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为多大？学生：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，所以教师：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，则电荷所受的洛伦兹力大小为多大？学生：指出：洛仑兹力的大小等于带电粒于的电量q、电荷的速度大小v、磁感应强度B以及速度与磁感应强度方向间夹角的正弦sin的乘积。在q、v保持不变的前提下，洛仑兹力的大小随着磁感应强度的大小以及速度与磁感应强度方向间夹角的变化而变化。=90即速度方向与磁感应强度垂直，洛仑兹力最大；=0或=180即速度方向与磁感应强度方向在一条直线上，电荷受到的洛仑兹力最小，等于零。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）讨论：一带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力对带电粒子是否做功？说明理由。 3结论：洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面即洛伦兹力垂直于速度方向，因此，洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，所以洛伦兹力对电荷不做功。例题2、电子的速率v=3106 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？分析求解：f=qvB=1.6010-1931060.10=4.810-14 N洛伦兹力的大小方向都给大家介绍完了,现在我们回头看看开始上课时的问题:极光现象: 现在已经证实，地球磁场并不是对称的。在太阳风的吹动下，它已经变成某种流线型。就是说朝向太阳一面的磁力线被大大压缩，相反方向却拉出一条长长的，形似彗尾的地球磁尾。磁尾的长度至少有1，000个地球半径长。由于与日地空间行星际磁场的偶合作用，变形的地球磁场的两极外各形成一个狭窄的、磁场强度很弱的极尖区。所以，太阳风粒子不能穿越地球磁场，而只能通过极尖区进入地球磁尾。当太阳活动发生剧烈变化时(如耀斑爆发)，常引起地球磁层亚暴。于是这些带电粒子被加速，并沿磁力线运动。从极区向地球注入，这些带电粒子撞击高层大气中的气体分子和原子，使后者被激发-退激而发光。不同的分子，原子发生不同颜色的光，这些单色光混合在一起，就形成多姿多彩的极光，极光的颜色和强度也取决于沉降粒子的能量和数量。 5五、总结：本节课主要研究了一种新