运动电荷在磁场中的作用力教学设计

1、课题：磁场对运动电荷的作用力一、教材分析与设计思想：洛伦兹力一节承上（安培力）启下（带电粒子在磁场中的运动，是本章的核心知识也是教 学的重点。本节课由极光现象提出问题，引入新课，结尾对极光现象做简单解释，与引入相呼应。在洛伦兹力的方向、大小和作用效果这三个问题的教学中，突出科学探究过程中 “猜想与假设”、“理论推导”和“实验探究验证”等环节，着重培养学生动手、动脑和自主学习探究从而获取知识的能力。二、教学目标（一）知识与技能1 .知道什么是洛伦兹力.知道洛伦兹力的方向与电荷的运动方向和磁感应强度的方向都 垂直，会用左手定则判断洛伦兹力的方向。2 .知道计算洛伦兹力大小的公式的推导过程.会计算垂

2、直于磁场方向进人匀强磁场的带电粒子受到洛伦兹力的大小 .4 .知道电视显像管的基本构造及工作的基本原理。（二）过程与方法1 .通过实验，感知洛伦兹力的存在，探究洛伦兹力方向的判断方法 .2 .经历由安培力公式推导出洛伦兹力公式的过程，由此体会磁场中通电导线所受的安培力实际上是运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。（三）情感态度与价值观1 .通过观察、分析、推理、实验 ，认真体会科学研究最基本的思维方法 ：“推理一猜想一 实验验证”.2 .通过了解极光产生的原因和显像管中的磁偏转原理，懂得物理与生活的息息相关，感悟物理知识的应用价值.三、教学重点：1 .用左手定则判断洛伦兹力的方向 .2.洛伦兹力大小

3、的公式 F=qvB的推导.四、教学难点：2 .探究洛伦兹力方向与磁场方向、运动方向之间的关系3 .洛伦兹力大小表达式的推导与验证五、教具准备：阴极射线管、蹄形磁铁、条形磁铁、电火花计时器、洛伦兹力演示仪、磁传感器、数字电压表、摄像头六、教学过程：引入：师：先请同学们看一段视频（播放极光视频）师问：同学们，这是什么现象？生答：极光现象师：那么，极光是发生在地球的高纬度地区还是低纬度地区？为什么在赤道这样的低纬度地区看不到极光现象呢？要解决这个问题，让我们一起来学习今天这节课（板书）：磁场对运动电荷的作用力新课：磁场对运动电荷有没有作用力呢？我们可以通过实验来探究，在做实验之前，先来认识桌上的一个

4、仪器 阴极射线管。【投影】介绍阴极射线管：真空管内的阴极在高压作用下发射出电子， 经电场加速，通过狭缝形成高速运动的电子流,我们不能直接观察到电子的运动，让电子流轰击长条形的荧光屏，屏发出荧光能显示出电子的运动径迹。探究 磁场对运动电荷的作用力师：我们利用电火花计时器输出的高压加在阴极射线管两端，同学们打开电火花计时器的开关，观察到什么现象？（从运动轨迹上看，电子做直线运动。）将蹄形磁铁靠近阴极射线管会发生什么现象呢？师：请同学分析一下实验现象（没有磁场时，电子束沿直线运动，磁铁靠近，运动径迹发生了弯曲。为什么会弯曲呢？这表明磁场对运动的电子有力的作用。）师：这个实验说明磁场对运动电荷有力的作

5、用。介绍：荷兰物理学家洛伦兹对此作了深入的研究。为了纪念洛伦兹的贡献，人们将这个力命名为洛伦兹力。板书：一、洛伦兹力对于这个刚认识的力，我们最想了解它的什么？（大小怎么计算，方向如何判断，有什么样的作用效果）下面我们就先来探究洛伦兹力的方向。探究洛伦兹力的方向板书：1.方向：（投影图片）洛伦兹力的方向与什么因素有关？我们可以采取控制变量法,先保持电子的v方向不变，研究洛伦兹力的方向与磁感应强度B方向的关系。31 .观察并记录甲乙两图中洛伦兹力的方向2 .画出F、B、v的方向关系图（可以画正视图）学生上黑板画出三者方向的正视图，提问：F方向与B方向是否有关？有什么样的关系？ （ v方向不变时，改

6、变 B方向，F方向改变。）我们也可以保持 B不变，改变V方向，研究洛伦兹力的方向。实验表明：洛伦兹力的方向 与B、v的方向都有关系（板书）。怎么 表示这三种方向间的关系呢？以甲图为例，我们能否用左手来表示出这三者的关系呢？学生黑板前展示。这位同学总结出来的方法，我们只要知道其中两个量的方向，就可以判断出第三个量的方向。这实际上是给出了一种判断洛伦兹力方向的方法。我们把这种方法叫做左手定则。板书：左手定则判定。但要注意四指的指向。 如果是正电荷运动，四指指向正电荷运动方向， 如果是负电荷运动，四指指向负电荷运动的反方向。巩固练习：试判断图中的带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力的方向判断受力方向B判

7、断运动方向 XXX8XXXX | XXX F XX判断电荷正负F垂直纸面朝外掌握了洛伦兹力的方向问题，我们再来研究：洛伦兹力的大小与什么因素有关?探究洛伦兹力的大小 板书：2.大小洛伦兹力的大小与哪些因素有关，我们可以从最简单的情况分析，让一个带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场，求洛伦兹力大小。对这个问题，我们先进行理论推导播放动画，提问学生分析：大量运动电荷所受洛伦兹力的合力表现为导线所受的安培力。小结：安培力是洛伦兹力的宏观表现；洛仑兹力是安培力的微观本质如果这段导线内部定向运动的电荷总数为N,则有F安=NF洛（板书）我们尝试由安培力的表达式导出洛伦兹力的表达式。教师提示投影中的四个问题，学

8、生交流讨论，推导得出结论，学生 黑板板演，讲解展示（设有一段长为L,横截面积为S的直导线，单位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为q,自由电荷定向移动的速率为 v,这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中）板书：vB, F洛=4丫3 指出各个物理量的单位。小结：洛伦兹力大小，（1） v,B, F洛二4丫8 （2） v/B, F洛=?你能否用刚才的方法从理论上推导出结论呢？ （ 3） v与B成。时，F洛二?学生分析接下来我们再来探究洛伦兹力的作用效果，探究洛伦兹力的作用效果板书：3.作用效果投影分析F洛方向与带电粒子 V方向始终垂直，板书：只改变速度方向，不改变速度大小，

9、永不做功。师：同学们，刚才我们通过理论探究得出了洛伦兹力的大小表达式，下面我们再通过实验来验证一下。实验验证：vB时，洛伦兹力大小表达式 F = q v B。思考：如何验证？需要测哪些 物理量？如何测量？电他星/C1.60E-191.60E-191.60E-19电子质量/kg9.10E-319.10E-319.10E-31加速电压/v000轨迹直径/m000磁感应强度/T0.00E+000.00E+000.00E+00实际所受的F洛二F向公式计算出的F洛（r为半轻, D为直径）2 v Fj = m r2?22=?-?= ?结论：通过实验验证了刚才的理论推导是正确的。板书：二、应用显像管的工作原理， 介绍：电怎么样才能让电子打到屏上的阳找愫甘障最后我们看一下磁场对运动电荷的作用在实际中的应用，子枪射出的电子做直线运动，在荧光屏中间能看到一个亮点,其它位置呢？加偏转磁场。提问：要是电子打在 A点，偏转磁场应该沿什么方向？垂直纸面向外。思考：（1）如何打在 AO区域？如何打在 OB一侧？(2)如何让电子束能打到整个屏幕?检测题1 .为了研究某种放射源发出的未知射线，研究人员把放射源置于匀强磁场中，射线分裂成a、b、c三束，请分析三束射线的电性。2 .某带电粒子的电量为q=10-14C,以速率v=106m/s射入B=10-2T的匀