探究洛伦兹力的思考与实践(fanbo)

1、探究洛伦兹力的教学思考与实践佛山市顺德区第一中学范波（528300）摘婆在探究洛伦兹力的教学中我认为主要有三个难点问题：一是如何提高实验现象的 可视性：二是如何通过实验探究带电粒子的速座方向与磁场方向平行时,带电粒子不受洛伦 兹力：三是如何通过实验探究洛伦兹力大小的相关因素，关键词：洛伦兹力可视性实验探究洛伦兹力是高中物理学习过程中完成了安培力的学习之后进行的学习内容。洛伦兹力 是微观带电粒子在磁场中的受力，如何更直观、有效的在教学实践中完成对洛伦兹力相关因 素的探究是我们中学物理教师都曾思考过的一个何题。在探尤洛伦兹力的教学中我认为主要有三个难点问题：一是如何提高实裁现象的可视 性:二是如何

2、通过实验探究带电村的速废方向与磁场方向平行时，带电粒子不受洛伦兹力; 三是如何通过实验探究洛伦兹力大小的相美因素。下面我就围绕这三个问题谈谈我的认识与 实践。一、如何提高实验现象的可视性。阴极射线管是本节教学的必需装置。正常i：作时其荧光屏上电子径迹亮度较高.在研 究洛伦兹力的方向时电子束的偏转情况可视性较好，无需其他设备的辅助即可完成洛伦兹力 方向满足左手定那么的判定，但足对于学生观察电子径迹偏转的微小变化的情况可视性较差利用洛伦兹力演示仪观察电子在匀强磁场中作圆周运动，限于电子径迹的亮度低，可 视性差，教学过程中一般是学生轮流到仪器诚观察，教师反夏改变励磁电流与加速电压的大 小，让学生观察

3、圆周运动半径的变化，全部学生观察完毕后再讨论电子园周运动半径大小的 相关因素。这个过程不但时间长，环节繁，而且对于实验现象与对应实验条件的变化情况, 全部学生不能同步进行讨论。为了解决电子在碰场中运动径迹可视性差的何题，我进行了反复的实验与比拟后发现 实物投影仪可以完美解决这个的何题，用实物投影仪投影电r运动径迹的美键操作是对实物 投影仪的亮度进行适当调节。在光学实验室中我们降低实物投影仪的亮度设置直到投影屏 幕上能够清晰看到阴极射线管中绿色的电子运动径迹或者洛伦兹力演示仪中电子圆周运动 的径迹.实验条件的改变情况与电子运动径迹的微小变化通过实物仪都能同步投影到大拼幕 上，可视性很好.教学实践

4、证明，利用实物投影仪解决电子在磁场中运动径迹可视性差的问 题不但可行，而且效果颇佳。二、带电粒子速度方向与磁场方向平行时不受洛伦兹力的实验探究高中物理实验室配备的洛伦兹力演示仪本身可以完成这个实驶，由于洛伦兹力演示仪 -般是半密封结构，只有垂直螺线管轴线的一面开放作为观察通道。调节电子束速度方向与 磁场方向夹角时由于观察角度的限制与电子运动m迹的亮度低，电子束的偏转情况不够直 观，可视性也不好。为了使实现现象更加直观，我对本实验做了如下的设计：<）匀强磁场的获得改装洛伦兹力演示仪，去除外壳与电子枪局部，将螺线管裸露在空气中。实验过程中 只利用洛伦兹力演示仪的破场控制局部.根据右手螺旋定那

5、么嫂线管通电后内部磁场方向与 其轴线方向平行，可近似为匀强磁场.<-）研究对象的获得阴极射线管产生的定向运动的电子束作为研究对象，因为荧光屏上电子运动的径迹亮 度高，可视性较好。阴极射线管的方位方便控制，（三）实验操作过程1, 螺线管通电，并利用静止的小磁针验证螺线管中磋场的产生。调整螺线管的位置， 使其轴线与学生视线根本垂直。2、将阴极射线管放置在两个圆形线圈之间.利用垫块调整其高度使得阴极射线管的轴 线与螺线管的轴线根本重合。3、断开螺线管励磁电流开关.接通阴极射线管高压电源.学生观察电子运动的径迹； 接通螺线管励磁电流开关，观察阴极射线管中电子运动的径迹假设按要求将阴极射线管的轴

6、线调整到勺螺线管轴线根本重合，电子运动径迹无明显变化4、用绝缘塑料棒轻轻拨动阴极射线管，让它水平内转动一定的角度，学生会观察到电 子运动的径迹会财宜平面内发生明显的偏转。在0到90。范围内，阴极射线管水平转过的角 度越大，电子径迹的偏转就越大。（四）、实验结论（1）根据左手定那么可判定，洛伦兹力的方向与v的方向垂直。假设电子运动运动的径迹 不发生偏转，说明电受到的洛伦兹力为零。即当运动电荷速度的方向与磁场的方向平行时, 电荷不受洛伦兹力。（2）在其他条件不变的情况下，洛伦兹力的大小跟电荷速度方向与所在磁场方向的央 角有关。在（）到90.范围内，夹角越大其所受洛伦兹力就越大。（3）不计电荷重力。

7、根据左手定那么.运动电荷所受洛伦兹力方向与磁场方向垂直.又 p-fvcoso.所以洛伦兹力不对运动电荷做功。根据轨迹曲线的形状与运动学的知识可以判 定电荷所做运动为匀速圆周运动.轨迹曲线为网周的一局部.站好能用软件仿真物理实验 室进行仿鼻模拟分析。三，在电荷速度方向与磁场方向垂直的情况卜探究洛伦兹力大小相关因素根据定义，运动电荷在尴场中受到的尴场力叫洛伦兹力。学生可以很顺利的猜测到洛 伦兹力大小相关的因素：磁场的强弱，电荷运动的速度，电荷的电量。其中洛伦兹力大小勺 磁场强弱和电荷运动速度大小的定性关系可以通过实验探究。为了增强实验的可视性，本实 验要利用实物投影将实验过程投杉到大屏噂上放大进行

8、观察。探究过程如下：（ ）电子速度大小定的情况下，洛伦兹力大小与磁场强弱的关系。将阴极射线管垂直螺线管轴线方向放齿。阴极射线管接通高压电源，调节适宜的励磁 电流使得运动电子束发生一定的偏转调节励磁电流旋钮.学生观察并记录实验现象。1电子运动径近偏转加剧.圆周运动半径减小：2、励破电流较小时，磁场减弱,电子运动径迹偏转变小.网周运动半径增大。不计电子重力的情况下，洛伦兹力是电子圆周运动的向心力，根据f=mv2/r, r越小那么 f趣大。故可得结论：磁感应强度越大，电子所受的洛伦兹力就越大。（二）磁感应强度一定的情况卜.，洛伦兹力大小与电子运动速度大小的关系。如上述的实验装置，调节适宜的螺线管励磁

9、电流与阴极射线管的高压，让运动电子在 磁场中发生一定的偏转。调节高压电源的电压，学生观察并记录实验现象。1、升高阴极射线管高压电源电压，电子速度增大，运动轨逃的偏转减小，圆周运动半 径增大；2、降低阴极射线管高床电源电j虬电子速度较小，运动轨迹的偏转加剧，例周运动半 径减小根据f=mv"r. v越大r也越大.还不能直接得出洛伦兹力增大还是减小的结论，实验 结论依然是：洛伦兹力大小可能与v有关既然不能得出确定的结论，为什么要设计这个实验呢？在下面的教学环节中可以通过 理论推算得出仁qvb，进一步可推得电子在磁场中圆周运动的半径r=mv/qbo这个实验可以 证明理论推算结果与实验结果相吻合，证明理论推算的结果是正确的。当然在教学过程中，洛伦兹力公式由实验并不能直接得出，还需要进行一个理论探究' i=q/t> f=bil从理论上可推出仁qvb：如前所述. 上述探究实验证明该理论探究结果正确。四、真实实验与仿真实验运动电荷电量的多少是影响洛伦兹力大小的一个因泰.但是中学物理教学过程中难以获 得不同电址的带电粒子作为研究对象进行实验探究.仿真实验是解决这个问题的最正确途径 了，我们可以通过专业软件如仿夏物理实验室创设理想的实验