3.5磁场对运动电荷的作用

新课标第一网不用注册 免费下载 新课标第一网系列资料 1 普通高中课程标准实验教科书 物理选修 3 1 人教版 第三章 磁 场 3 5 磁场对运动电荷的作用力 新课标要求新课标要求 一 知识与技能 一 知识与技能 1 知道什么是洛伦兹力 2 利用左手定则会判断洛伦兹力的方向 3 知道洛伦兹力大小的推理过程 4 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 5 理解洛伦兹力对电荷不做功 6 了解电视机显像管的工作原理 二 过程与方法 二 过程与方法 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 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 教学重点教学重点 1 利用左手定则会判断洛伦兹力的方向 2 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 教学难点教学难点 1 理解洛伦兹力对运动电荷不做功 2 洛伦兹力方向的判断 教学方法教学方法 山东省泰山中学 许其宝 2 实验观察法 讲述法 分析推理法 教学用具 教学用具 电子射线管 电源 磁铁 投影仪 投影片 教学过程教学过程 一 引入新课 一 引入新课 教师 复习提问 前面我们学习了磁场对电流的作用力 下面思考两个问题 1 如图 判定安培力的方向 学生上黑板做 解答如下 若已知上图中 B 4 0 10 2 T 导线长 L 10 cm I 1 A 求 导线所受的安培力大小 学生解答 F BIL 4 10 2 T 1 A 0 1 m 4 10 3 N 答 导线受的安培力大小为 4 10 3 N 2 电流是如何形成的 学生 电荷的定向移动形成电流 山东省泰山中学 许其宝 3 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 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 教师 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 学生 观察实验现象 实验结果 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 学生分析得出结论 磁场对运动电荷有作用 二 进行新课 二 进行新课 1 洛伦兹力的方向和大小 洛伦兹力的方向和大小 教师讲述 运动电荷在磁场中受到的作用力称为洛伦兹力 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 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 投影 山东省泰山中学 许其宝 4 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 投影片出示练习题 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 学生解答 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 教师 下面我们来讨论 B v F 三者方向间的相互关系 如图所示 山东省泰山中学 许其宝 5 学生 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 教师 这段导体所受的安培力为多大 学生 F安 BIL 教师 电流强度 I 的微观表达式是什么 学生 I 的微观表达式为 I nqSv 教师 这段导体中含有多少自由电荷数 学生 这段导体中含有的电荷数为 nLS 教师 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 qvB nLS nqvSLB nLS BIL nLS F F 安 洛 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 山东省泰山中学 许其宝 6 荷所受的洛伦兹力大小为多大 学生 sinqvBF 洛 教师指出 上式中各量的单位 为牛 N q 为库伦 C v 为米 秒 m s B 为 洛 F 特斯拉 T 思考与讨论 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 说明理由 教师引导学生分析得 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 投影片出示练习题 练习 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 学生分析求解 教师巡回指导 f qvB 1 60 10 19 3 106 0 10 4 8 10 14 N 练习 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 学生分析解答 B 地球表面地磁场方向由南向北 质子是氢原子核带正电 根据左手 定则可判定 质子自赤道上空竖直下落过程中受洛伦兹力方向向东 2 电视显像管的工作原理 电视显像管的工作原理 教师 引导学生阅读教材相关内容 思考并回答问题 电子束是怎样实现偏转的 山东省泰山中学 许其宝 7 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 2 要是电子打在 B 点 偏转磁场应该沿什么方向 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 学生 思考并回答问题 1 要是电子打在 A 点 偏转磁场应该垂直纸面向外 2 要是电子打在 B 点 偏转磁场应该垂直纸面向里 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 教师 电子打在荧光屏上只能有一个亮点 为什么整个荧光屏都能发光能 学生阅读教材 进一步了解显像管的工作过程 三 课堂总结 点评 三 课堂总结 点评 教师活动 让学生概括总结本节的内容 请一个同学到黑板上总结 其他同学在笔记 本上总结 然后请同学评价黑板上的小结内容 学生活动 认真总结概括本节内容 并把自己这节课的体会写下来 比较黑板上的小 结和自己的小结 看谁的更好 好在什么地方 点评点评 总结课堂内容 培养学生概括总结能力 教师要放开 让学生自己总结所学内容 允许内容的顺序不同 从而构建他们自己的 山东省泰山中学 许其宝 8 知识框架 四 实例探究 四 实例探究 洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向 例 1 关于带电粒子所受洛伦兹力 F 和磁感应强度 B 及粒子速度 v 三者之间的关系 下列说法中正确的是 A F B v 三者必定均保持垂直 B F 必定垂直于 B v 但 B 不一定垂直于 v C B 必定垂直于 F v 但 F 不一定垂直于 v D v 必定垂直于 F B 但 F 不一定垂直于 B 解析 根据左手定则 洛伦兹力垂直于 B 也垂直于 v 垂直于 B 与 v 所决定的平面 但 B 与 v 不一定垂直 答案 B 例 2 如图所示的是磁感应强度 B 正电荷速度 v 和磁场对电荷的作用力 F 三者方向 的相互关系图 其中 B 垂直于 F 与 v 决定的平面 B F v 两两垂直 其中正确的是 答案 D 洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小 例 3 如图所示 匀强磁场方向水平向里 匀强电场方向竖直向下 有一正离子恰能 沿直线从左向右水平飞越此区域 则 B E v 山东省泰山中学 许其宝 9 A 若电子从右向左飞入 电子也沿直线运动 B 若电子从右向左飞入 电子将向上偏转 C 若电子从右向左飞入 电子将向下偏转 D 若电子从左向右飞入 电子也沿直线运动 解析 若电子从右向左飞入 电场力向上 洛伦兹力也向上 所以上偏 B 正确 若电 子从左向右飞入 电场力向上 洛伦兹力向下 由题意 对正电荷 qE Bqv 与 q 无关 所 以对电子二者也相等 所以电子从左向右飞 做匀速直线运动 答案 BD 例 4 一个长螺线管中通有电流 把一个带电粒子沿中轴线方向射入 若不计重力影 响 粒子将在管中 A 做圆周运动B 沿轴线来回运动 C 做匀加速直线运动 D 做匀速直线运动 解析 通电长螺线管内部的磁场方向始终与中轴线平行 带电粒子沿磁场方向运动时 不