江西省上饶县中学高中物理 运动电荷在磁场中受到的力教案 新人教版选修3-1

第一篇：江西省上饶县中学高中物理 运动电荷在磁场中受到的力教案 新人教版选修3-1

江西省上饶县中学高二物理选修3-1教案：运动电荷在磁场中受

到的力

一、教学目标

1．知识与技能

(1)知道什么是洛伦兹力。利用左手定则判断洛伦兹力的方向。(2)知道洛伦兹力大小的推理过程。

(3)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。

(4)了解v和B垂直时的洛伦兹力大小及方向判断。理解洛伦兹力对电荷不做功。(5)了解电视显像管的工作原理。2．过程与方法 通过观察，形成洛伦兹力的概念，同时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。通过思考与讨论，推导出洛伦兹力的大小公式 F＝qvBsinθ。最后了解洛伦兹力的一个应用——电视显像管中的磁偏转。3．情感态度与价值观

引导学生进一步学会观察、分析、推理，培养学生的科学思维和研究方法。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”。

二、教学重点难点

重点：1.利用左手定则会判断洛伦兹力的方向。洛伦兹力大小计算公式的推导和应用。

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。难点：1.洛伦兹力对带电粒子不做功。

2．洛伦兹力方向的判断。洛伦兹力计算公式的推导。

三、教学用具

电子射线管、高压电源、磁铁、多媒体。

四、教学过程

（一）导入新课

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(让学生上黑板做)

若已知上图中：B＝4.0×10 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]

－2－3解：F＝BIL＝4×10 T×1 A×0.1 m＝4×10 N

－3答：导线受的安培力大小为4×10 N。2．什么是电流？

[学生答]电荷的定向移动形成电流。

[教师讲述]磁场对电流有力的作用，电流是由电荷的定向移动形成的，我们会想到：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。

－2 1

[演示实验]观察磁场阴极射线在磁场中的偏转(95页图3.51)[教师]说明电子射线管的原理：

说明阴极射线是灯丝加热放出电子，电子在加速电场的作用下高速运动而形成的电子流，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，磁铁是用来在阴极射线周围产生磁场的，还应明确磁场的方向。

[实验结果]在没有外磁场时，电子束沿直线运动，蹄形磁铁靠近电子射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。学生用左手定则判断电子束弯曲方向。[学生分析得出结论]磁场对运动电荷有作用力

（二）推进新课

1．洛伦兹力的方向和大小

(1)洛伦兹力的定义：运动电荷在磁场中受到的作用力。通电导线在磁场中所受安培力是洛伦兹力的宏观表现。

【说明】 可以根据磁场对电流有作用力而对未通电的导线没有作用力，引导学生提出猜想：磁场对电流作用力的实质是磁场对运动电荷的作用力。

[过渡语]运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用，那么洛伦兹力的方向如何判断呢？ [问题]如图

(2)洛伦兹力的方向

①判定安培力方向。(上图甲中安培力方向为垂直电流方向向上，乙图安培力方向为垂直电流方向向下)②电流方向和电荷运动方向的关系。(电流方向与正电荷运动方向相同，与负电荷运动方向相反)③F安的方向和洛伦兹力方向的关系。(F安的方向与正电荷所受的洛伦兹力的方向相同，与负电荷所受的洛伦兹力的方向相反。)④电荷运动方向、磁场方向、洛伦兹力方向的关系。(学生分析总结)⑤洛伦兹力方向的判断——左手定则

伸开左手，使大拇指与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，那么拇指所受的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向；若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。

【要使学生明确】 正电荷运动方向应与左手四指指向一致，负电荷运动方向则应与左手四指指向相反(先确定负电荷形成电流的方向，再用左手定则判定)。

课堂练习

①[投影出示练习题]——“问题与练习”1

②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。

[学生解答] 甲中正电荷所受的洛伦兹力方向向上。乙中正电荷所受的洛伦兹力方向向下。

丙中正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向读者。丁中正电荷所受的洛伦兹力的方向垂直于纸面指向纸里。讨论B、v、F三者方向间的相互关系。如图所示。

甲 v与B垂直 乙 v与B不垂直

洛伦兹力与粒子运动方向、磁感应强度方向的关系

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。(3)洛伦兹力的大小

现在我们来研究一下洛伦兹力的大小。通过“思考与讨论”，来推导公式F＝qvBsinθ时，应先建立物理模型(教材图3.5－3)，再循序渐进有条理地推导，这一个过程可放手让学生完成，体现学习的自主性。

也可以通过下面的命题引导学生一一回答。

设有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，导线每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。

[问题]这段导线中电流I的微观表达式是怎样的？让学生推导后回答。[学生答]I的微观表达式为I＝nqSv [问题]这段导体所受的安培力为多大？[学生答]F安＝BIL [问题]这段导体中含有多少自由电荷数？ [学生答]这段导体中含有的电荷数为nLS。

[问题]每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为多大？

[学生答]安培力可以看作是作用在每个运动电荷上的洛伦兹力F的合力，这段导体中含有的自由电荷数为nLS，所以F＝F安/nLS＝BIL/nLS＝nqvSLB/nLS＝qvB。

[问题]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θ，则电荷所受的洛伦兹力大小为多大？(4)洛伦兹力的计算公式

①当粒子运动方向与磁感应强度垂直时(v⊥B)F＝qvB ②当粒子运动方向与磁感应强度方向成θ时 F＝qvBsinθ 上两式各量的单位：

F为牛(N)，q为库伦(C)，v为米/秒(m/s)，B为特斯拉(T)3

最后，通过“思考与讨论”，说明由洛伦兹力所引起的带电粒子运动的方向总是与洛伦兹力的方向相垂直的，所以它对运动的带电粒子总是不做功的。

课堂练习

61．电子的速率v＝3×10 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？

－196－14分析求解：F＝qvB＝1.60×10×3×10×0.10＝4.8×10 N 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

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．电视机显像管的工作原理

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？ 如图所示：

显像管原理示意图(俯视图)问题1：要使电子打在A点，偏转磁场应该沿什么方向？ 问题2：要使电子打在B点，偏转磁场应该沿什么方向？

问题3：要使电子打在荧火屏的位置从A点向B点逐渐移动，偏转磁场应该怎样变化？ 答：1.要使电子打在A点，偏转磁场应该垂直纸面向外。2.要使电子打在B点，偏转磁场应该垂直纸面向里。3.要使电子打在荧光屏的位置从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。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？学生阅读教材，进一步了解显像管的工作过程。

最后让学生回忆“示波管的原理”，通过对比比较二者的差异。3．实例探究 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()4

答案：D 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()

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，不受洛伦兹力，所以一直保持原运动状态不变，正确答案是D。答案：D 4．对本节内容作简要小结：学生先自我小结，分组展示相互补充，教师点评归纳。5．布置作业：课本“问题与练习”3、4、5题。

第二篇：3.5运动电荷在磁场中受到的力教案

教案

2年 5～6 班

2010年 11 月 10日星期三 课题

运动电荷在磁场中受到的作用力

第56课时

课型

新授课

组长签字

知识与技能

①知道什么是洛伦兹力，会判断洛伦兹力的方向； ②知道洛伦兹力大小的推导过程；

③会利用本节课学的知识简单解释电视显像管的工作原理。

过程与方法

①通过对安培力微观本质的猜测，培养学生的联想和猜测能力； ②通过推导洛伦兹力的公式，培养学生的逻辑推理能力； ③通过演示实验，培养学生的观察能力。

情感态度 与价值观

培养学生的科学思维和研究方法，引导学生观察、分析、推理能力。

重点

洛伦兹力方向的判断方法和洛伦兹力大小计算。

难点

洛伦兹力计算公式的推导过程。

教学器材

阴极射线管、蹄形磁铁、多媒体投影系统.教学方法

讲授法、实验法

教学内容

复习提问

1.什么是安培力？表达式？ 2.如何判断安培力的方向？

情境设计

磁场对电流有力的作用，而电流又是由电荷的定向移动形成的，我们很自然的会想到：这个力可能是磁场作用在运动电荷上的，那么运动电荷在磁场中会受到力的作用吗？ 电子射线管实验：（展示：阴极射线管实物、课件）

阴极射线管介绍：灯丝加热放出电子，电子在加速电场的作用下高速运动形成的电子流。电子轰击到荧光屏上，激发荧光，显示电子束的运动轨迹。演示：

①在没有外磁场时，电子束沿直线运动。

②将蹄形磁铁靠近电子射线管，发现电子束运动轨迹发生了偏转。结论：磁场对运动电荷的确有作用力。为了纪念荷兰物理学家、数学家洛仑兹，人们把这磁场对运动电荷的作用力称为“洛伦兹力”

新课

板书：§3.5运动电荷在磁场中受到的作用力

一．洛仑兹力：磁场对运动电荷的作用力叫做洛仑兹力 二．洛伦兹力的方向

演示：导体中正电荷定向移动时形成的电流所受安培力与电荷所受洛仑兹力的关系 分析：安培力是洛仑兹力的宏观表现，洛仑兹力是安培力的微观本质

既然安培力是洛仑兹力的合力，洛仑兹力的方向就与安培力方向相同，而正电荷定向移动的方向与电流方向相同，利用左手定则可以判断安培力的方向，同样利用左手定则也可以判断正电荷所受洛仑兹力的方向。

提出问题：负电荷垂直磁场方向运动时所受的洛仑兹力方向可以用左手定则来判定吗？ 提示：如果用左手定则，四指方向应与电流方向相同，则四指指向就应与负电荷运动方向相反。

投影出阴极射线，分析用左手定则判断的结果，再演示实验加以验证。结论：带电粒子垂直磁场运动时洛仑兹力的方向可以用左手定则来判定。（投影）给出f洛、v和B的方向关系。提出问题（还是直接说明）：当v和B不垂直时，f洛与v的B方向关系。

分析，得出结论：f洛垂直于v和B构成的平面，f洛不改变v的大小，f洛不做功。下面我们来研究洛仑兹力的大小 三．洛仑兹力的大小

安培力是洛伦兹力的宏观表现，两者方向判定方法相同，大小是否也存在某种联系？能否通过电流受到的安培力导出运动电荷受到的洛伦兹力的大小呢？ 建立物理模型: 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。这段通电导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中.(再循序渐进有条理地推导，这一个过程可放手让学生完成)求：

（1）电流强度I。

I=Q/t=nvtSq/t=nvSq（2）通电导线所受的安培力。

F=BIL（3）这段导线内的自由电荷数。

N=nSL（4）每个电荷所受的洛伦兹力。

Nf洛=BnvSqL

f洛=qvB 提问：该公式F洛=qvB的适用条件是什么？（v ┻ B）

当v∥B时，F洛=0（类比安培力，B∥L时F安=0）

学生思维发散：当v与B既不垂直，又不平行时，洛伦兹力的大小又如何求？(处理方法类比安培力：将磁感强度或速度分解)四．应用

洛伦兹力是一种非常重要的力，它的应用也非常广泛．例如在电视机显像管中就用到了洛伦兹力。

展示图片说明：电视机荧光屏要显示出图象，一定要有电子打到荧光屏各处。显像管的电子枪能产生大量高速运动的电子，但是这些电子都从同一个枪口射出，应该沿同一个方向运动，那么它是利用什么作用使电子打到荧光屏的各个地方呢？偏转线圈的磁场。

思考：施加怎样的磁场才能使电子打到荧光屏最左边的这点呢？若要打到最右边的点呢？若要使电子打到荧光屏的位置从最左边逐渐向最右边移动呢？像这样，在电视机屏幕上有光点从左边移动到右边，这在电视技术中叫做行扫描。在实际的电视技术中，行扫描的时间是非常短暂的，？ 动画演示：扫描 五．练习略

小 结

1.安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力微观表现。2.洛伦兹力的方向：左手定则

3.洛伦兹力大小：电荷的运动方向与磁场方向垂直，F洛=qvB

电荷的运动方向与磁场方向平行，F洛=0

当v与B既不垂直，又不平行时，F洛=qvBsinθ

授 课 反 思 与 心 得

板 书 设 计

课堂练习

1．如图-1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。

2．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 3．在只受洛伦兹力的条件下,关于带电粒子在匀强磁场中的运动,下列说法中正确的是（）A．只要粒子的速度大小相同，带电量相同，粒子所受洛伦兹力大小就相同 B．洛伦兹力只改变带电粒子运动方向

C．洛伦兹力始终与速度垂直，所以洛伦兹力不做功

D．只要带电粒子在磁场中运动，就一定受洛伦兹力作用 4．如图-2所示，当一带正电q的粒子以速度v沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则（）

A．带电粒子速度大小改变 B．带电粒子速度方向改变 C．带电粒子速度大小不变 D．带电粒子速度方向不变

5．如图-3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（）

第三篇：3.5运动电荷在磁场中受到的力教案

3.5运动电荷在磁场中受到的力

一、教学目标

（一）知识与技能

1、知道什么是洛伦兹力.利用左手定则判断洛伦兹力的方向.2、知道洛伦兹力大小的推理过程.3、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.4、了解v和B垂直时的洛伦兹力大小及方向判断.理解洛伦兹力对电荷不做功.5、了解电视显像管的工作原理

（二）过程与方法

通过观察，形成洛伦兹力的概念，同时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。通过思考与讨论，推导出洛伦兹力的大小公式F=qvBsinθ。最后了解洛伦兹力的一个应用——电视显像管中的磁偏转。

（三）情感态度与价值观

进一步学会观察、分析、推理，培养科学思维和研究方法。认真体会科学研究最基本的思维方法:“推理—假设—实验验证”。

二、教学重点与难点

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.这一节承上(安培力)启下(带电粒子在磁场中的运动)，是本章的重点 难点：1.洛伦兹力对带电粒子不做功.2.洛伦兹力方向的判断.三、课时安排

1课时

四、教学过程：

新课导入：

展示图片：美丽的极光

提出问题：极光到底是如何产生的？

［演示实验］观察磁场阴极射线在磁场中的偏转（100页图3。5--1）［教师］说明电子射线管的原理：

说明阴极射线是灯丝加热放出电子，电子在加速电场的作用下高速运动而形成的电子流，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，磁铁是用来在阴极射线周围产生磁场的，还应明确磁场的方向。

［实验结果］在没有外磁场时，电子束沿直线运动，蹄形磁铁靠近电子射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。学生用左手定则判断电子束弯曲方向。［学生分析得出结论］磁场对运动电荷有作用.------引出新课

（二）新课讲解

1、洛伦兹力的方向和大小（1）、洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的作用力.通电导线在磁场中所受安培力是洛伦兹力的宏观表现.【说明】可以根据磁场对电流有作用力而对未通电的导线没有作用力，引导学生提出猜想：磁场对电流作用力的实质是磁场对运动电荷的作用力。

［过渡语］运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用，那么洛伦兹力的方向如何判断呢？ ［问题］如图

（2）判定安培力方向.（上图甲中安培力方向为垂直电流方向向上，乙图安培力方向为垂直电流方向向下）

②.电流方向和电荷运动方向的关系.（电流方向和正电荷运动方向相同，和负电荷运动方向相反）

③.F安的方向和洛伦兹力方向关系.（F安的方向和正电荷所受的洛伦兹力的方向相同，和负电荷所受的洛伦兹力的方向相反.）

④.电荷运动方向、磁场方向、洛伦兹力方向的关系.（学生分析总结）（2）、洛伦兹力方向的判断——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，那么拇指所受的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向；若四指指向是电荷运动的反方向，那么拇指所指的正方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向.【要使学生明确】：正电荷运动方向应与左手四指指向一致，负电荷运动方向则应与左手四指指向相反(先确定负电荷形成电流的方向，再用左手定则判定)。

［投影出示练习题］----“问题与练习”1（2）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.［学生解答］

甲中正电荷所受的洛伦兹力方向向上.乙中正电荷所受的洛伦兹力方向向下.丙中正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向读者.丁中正电荷所受的洛伦兹力的方向垂直于纸面指向纸里

（3）、洛伦兹力的大小

现在我们来研究一下洛伦兹力的大小.通过“思考与讨论”，来推导公式F=qvBsinθ时，应先建立物理模型(教材图3．5—3)，再循序渐进有条理地推导，这一个过程可放手让学生完成，体现学习的自主性。

也可以通过下面的命题引导学生一一回答。

设有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，导线每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.［问题］这段导线中电流I的微观表达式是多少？让学生推导后回答。［学生答］I的微观表达式为I=nqSv

［问题］这段导体所受的安培力为多大？［学生答］F安=BIL ［问题］这段导体中含有多少自由电荷数？ ［学生答］这段导体中含有的电荷数为nLS.［问题］每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为多大？

［学生答］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

F= F安/nLS = BIL/nLS = nqvSLB/nLS =qvB 洛伦兹力的计算公式

（1）当粒子运动方向与磁感应强度垂直时（v┴B）

F = qvB

（2）当粒子运动方向与磁感应强度方向成θ时（v∥B）

F = qvBsinθ

上两式各量的单位： F为牛（N），q为库伦（C），v为米/秒（m/s）, B为特斯拉（T）最后，通过“思考与讨论”，说明由洛伦兹力所引起的带电粒子运动的方向总是与洛伦兹力的方向相垂直的，所以它对运动的带电粒子总是不做功的。

（三）对本节内容做简要小结

（四）巩固新课

（1）复习本节内容

（2）完成“问题与练习” 4、5练习

五、板书设计

一．洛伦兹力

1、洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力

安培力是洛伦兹力的宏观表现

2、洛伦兹力的方向：左手定则

F ⊥ v

F ⊥ B

3、洛伦兹力大小： F洛=qVBsinθ

V⊥B

F洛=qVB

V∥B

F洛= 0

4、特点：洛伦兹力只改变力的方向，不改变力的大小，洛伦兹力对运动电荷不做功

二．电视显像管的工作原理 1.原理 2.构造

六、教学反思

本节课利用美丽的极光来引入新课，新奇的自然现象极大地吸引了学生的兴趣，明显的实验现象使学生很容易总结出磁场对运动电荷有力的作用。通过电荷的定向运动形成电流，推导出伦兹力与安培力的关系(微观与宏观)，由此可以到处洛伦兹力的大小和方向。最后了解洛伦兹力的一个应用——电视显像管中的磁偏转，这种与生活联系紧密的物理知识，能激发学生对物理学科的热爱，培养学生利用所学物理知识解释生活中的现象，体现从物理走向生活的教学理念。

第四篇：运动电荷在磁场中受到的力教案

§3.5 运动电荷在磁场中受到的力教案

一、教学目标 1.知识与技能

(1)知道什么是洛伦兹力。利用左手定则判断洛伦兹力的方向。(2)知道洛伦兹力大小的推理过程。

(3)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。(4)了解v和B垂直时的洛伦兹力大小及方向判断。理解洛伦兹力对电荷不做功。2.过程与方法

通过观察，形成洛伦兹力的概念，同时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。通过思考与讨论，推导出洛伦兹力的大小公式F＝qvBsinθ。

3．情感态度与价值观

引导学生进一步学会观察、分析、推理，培养学生的科学思维和研究方法。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”。

二、教学重点与难点 重点：1.利用左手定则会判断洛伦兹力的方向。洛伦兹力大小计算公式的推导和应用。

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。这一节承上(安培力)启下(带电粒子在磁场中的运动)，是本章的重点。难点：1.洛伦兹力对带电粒子不做功。

2．洛伦兹力方向的判断。洛伦兹力计算公式的推导。

三、教学用具

电子射线管、高压电源、磁铁、多媒体。

四、教学方法

讲授法、引导法、实验探究法、分组讨论法

五、教学过程

（一）复习回顾

上节课我们学习了磁场对电流的作用力，也就是安培力。如何判定安培力的方向和大小。下面思考两个问题：

若已知上图中：B=4.0×10-2 T，导线长L=10 cm，I=1 A。求：通电导线所受的安培力大小？

（二）引入新课

学生思考：电流是怎样形成的？ 教师讲述：通过上节课的学习我们知道了磁场对电流有力的作用，而电流又是由于电荷的定向移动而形成的，由此你们会想到什么？ 学生讨论、回答；教师总结：

磁场可能对运动的电荷有力的作用。

学生带着这个问题，观察演示实验——观察磁场阴极射线在磁场中的偏转(95页图3.5-1)教师说明电子射线管的原理：

阴极射线是灯丝加热放出电子，电子在加速电场的作用下高速运动而形成的电子流，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，磁铁是用来在阴极射线周围产生磁场的，还应明确磁场的方向。学生回答观察到的实验现象（教师总结整理）

学生分析讨论得出结论：磁场对运动电荷有作用力。（证实之前的猜想）我们就把运动电荷在磁场中受到的作用力叫洛伦兹力。

（三）进行新课

1.洛伦兹力的定义：运动电荷在磁场中受到的作用力。

可以根据磁场对电流有作用力而对未通电的导线没有作用力，引导学生提出猜想：磁场对电流作用力的实质是磁场对运动电荷的作用力。

[过渡语]运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用，那么洛伦兹力的方向如何判断呢？

[问题]如图

2.洛伦兹力的方向

①判定安培力方向。(上图甲中安培力方向为垂直电流方向向上，乙图安培力方向为垂直电流方向向下)②电流方向和电荷运动方向的关系。(电流方向与正电荷运动方向相同，与负电荷运动方向相反)③F安的方向和洛伦兹力方向的关系。(F安的方向与正电荷所受的洛伦兹力的方向相同，与负电荷所受的洛伦兹力的方向相反。)④电荷运动方向、磁场方向、洛伦兹力方向的关系。(学生分析总结)⑤洛伦兹力方向的判断——左手定则（拇指与其他四个手指垂直，且都与掌心在同一平面内）

磁感线——垂直穿入手心

四 指——①指向正电荷的运动方向

②指向负电荷运动的反向 大拇指——所受洛伦兹力的方向 强调：正电荷运动方向应与左手四指指向一致，负电荷运动方向则应与左手四指指向相反(先确定负电荷形成电流的方向，再用左手定则判定)。最后学生回答，教师总结得出F⊥v，F⊥B，F⊥ v、B所在的平面。B与v可以垂直，可以不垂直。3.洛伦兹力的大小

磁场对通电导线能产生安培力的作用，当磁场方向与电流方向垂直时F安=BIL，而电流就是电荷的定向移动形成的，那么思考与讨论： ①磁场对运动电荷所产生的洛伦兹力与安培力有什么关系？ ②某个电荷受到洛伦兹力的大小与什么因素有关？

带着问题，学生自学课本96页【思考与讨论】小组讨论探究洛伦兹力的表达式。教师适时进行引导：

[问题1]这段导线中电流I的微观表达式是怎样的？让学生推导后回答。[问题2]这段导体所受的安培力为多大？[学生答]F安＝BIL [问题3]这段导体中含有多少自由电荷数？

[问题4]每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为多大？

[问题5]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θ，则电荷所受的洛伦兹力大小为多大？

讨论结束，让学生回答，老师板书洛伦兹力的计算公式： ①当粒子运动方向与磁感应强度垂直时(v⊥B)F洛＝qvB ②当粒子运动方向与磁感应强度平行时（v∥B）F洛=0 ③当粒子运动方向与磁感应强度方向成θ时 F洛＝qvBsinθ F为牛(N)，q为库伦(C)，v为米/秒(m/s)，B为特斯拉(T)最后，通过“思考与讨论”，说明由洛伦兹力所引起的带电粒子运动的方向总是与洛伦兹力的方向相垂直的，所以它对运动的带电粒子是不做功的。解决之前两个问题：①磁场对运动电荷所产生的洛伦兹力与安培力有什么关系？

通电导线在磁场中所受的安培力就是洛伦兹力的宏观表现。②某个电荷受到洛伦兹力的大小与什么因素有关？

某个电荷洛伦兹力的大小与电荷运动速度及磁场有关。

（四）课堂小结

1.洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的作用力

安培力是洛伦兹力的宏观表现 2.洛伦兹力方向的判断：左手定则

F洛⊥V，F洛⊥B，F洛⊥ V、B所在的平面

3.洛伦兹力的大小：F洛=qvB v与B成θ时，F洛=qvBsinθ

（五）课堂练习

1、试判断下列运动的带电粒子在磁场中所受洛伦兹力的方向：

2、带电量为＋q的粒子，在匀强磁场中运动，下面说法正确的是（）

A、只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就相同

B、如果把＋q改为－q，且速度反向大小不变，则所受的洛伦兹力大小、方向均不变

C、只要带电粒子在磁场中运动，就一定受洛伦兹力作用

D、带电粒子受洛伦兹力小，则该磁场的磁感应强度小

3、下列说法中正确的是()A、电荷处于磁场中一定受洛伦兹力 B、运动电荷在磁场中一定受到洛伦兹力 C、洛伦兹力对运动电荷一定不做功 D、洛伦兹力不改变运动电荷的速度

4.在图所示的平行板器件中，电场 强度E和磁感应强度B相互垂直。具有某一水平速度V的带电粒子，将沿 着图中所示的虚线穿过两板间的空间而不发生偏转，具有其他速度的带电粒子将发生偏转。这种器件能把具有上述速度V的带电粒子选择出来，所以叫速度选择器。如果已知粒子A（重力不计）的质量为m、带电量为+q，两极板间距为d，磁场的磁感应强度为B。试证明带电粒子具有速度 时，才能沿着图示的虚线路径通过。

六、课后作业

课本“问题与练习”3、4、5题。

骆雅杰 2015/1/6

第五篇：运动电荷在磁场中受到的力——说课稿

《运动电荷在磁场中受到的力》说课稿

一.说教材分析

1.物理学体系中本章是经典电磁学理论的基本内容，而本节课是安培力的延续，又是后面学习带电体在磁场中运动的基础，反应磁场和运动电荷的相互作用，是学生后面了解现代科技回旋加速器，质谱仪，磁流体发电机等的基础，还是力、电、磁综合问题分析中重要的一部分。从新课程改革以来，几乎每年高考都有涉及洛仑兹力的计算大题，由此，足以说明其重要性。

2.教材结构：分三部分首先通过观察演示实验，讨论洛伦兹力的方向，这一部分是学生的一个实验探究活动。然后将安培力看作是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现，通过安培力公式导出洛伦兹力的公式，这一部分是学生的一个理论探究活动。最后，研究带电粒子在磁场中的运动，这一部分是学生的一个理论分析和实验验证的探究活动。

教材的这种安排，符合了新课程标准，起到了承上启下的作用，使物理学习能连续进行；符合学生的发展的要求；体现了教材重视课堂教学中的师生互动，学生自觉参与活动和学生合作探究的新课程教学理念。

二.说学情分析

1.知识与能力基础

学生已具备力学、电磁学相关知识，学习完磁场对通电导线作用即安培力。并且也熟悉一直以来物理学的“提出问题—猜想假设—实验验证”的科学探究方法。而且高二的学生已经有了一定的观察、分析、推理能力及空间想象能力，是学习洛仑兹力的能力基础

2.思维障碍

对微观粒子具体运动形态模糊不清，容易导致洛伦兹力大小学习过程产生困难。

三.说教学目标：

知识与技能：

1.通过实验，认识洛伦兹力，理解洛伦兹力跟安培力之间的关系。会判断洛伦兹力的方向。

2.了解洛仑兹力公式的推导，会计算洛伦兹力的大小。

3.会运用洛伦兹力对运动电荷不做功分析带电粒子垂直进入磁场中做匀速圆周运动，并能推导其半径和周期。

过程与方法：

1.观看“神奇的极光”幻灯片，复习安培力，从微观的角度分析猜想磁场对运动的电荷有洛仑兹力的作用。分析讨论形成洛伦兹力的概念。

2.通过观察阴极射线管中电子束在磁场中的偏转实验探究洛伦兹力的方向，总结归纳出左手定则，体验研究物理学的实验方法。

3.利用多媒体课件对比安培力和洛伦兹力，建立电流的微观模型，导出洛伦兹力公式，认识科学探究方法的多样性。

4.分析论证、实验验证，探究微观带电粒子垂直射入磁场中做匀速圆周运动及其规律。提高学生的分析探究能力。

情感态度与价值观：

1.由实验观察得知洛伦兹力的存在及洛伦兹力方向判定，培养实事求是的科学态度。

2.由建立模型推导得出洛伦兹力大小的公式，养成严密推理的科学作风。

3.由推理分析、实验验证微观带电粒子垂直射入磁场中做匀速圆周运动及其规律，提高学生的分析探究能力，树立科学思想。

教学目标依据：依据高中物理新课程标准。

重点、难点分析：

1．重点：⑴、安培力是洛伦兹力的宏观表现；

⑵、根据F洛、V、B三者的方向关系，会判断洛伦兹力方向；

⑶、会计算洛伦兹力大小。

重点依据：掌握了以上两点，才能全面深刻地认识洛伦兹力，是后面了解现代科技回旋加速器，质谱仪，磁流体发电机等的基础，是力、电、磁综合问题学习的基础。

2．难点：⑴、洛伦兹力公式的推导；

⑵、微观带电粒子垂直射入磁场中做匀速圆周运动及其规律。

难点依据：洛伦兹力探究学习过程中，学生从宏观到微观是难点，运用已有知识推理分析问题其能力要求较高。

四.说教法、学法

在教学中以实验探究方法为主，辅之讲授法、演示法、讨论法等多种教学方法，教学中注重启发学生的思维，培养学生间协作精神，加强师生间的双向活动。

五.说教学过程

探究一：洛仑兹力

1、新课引入（提出问题--猜想假设--实验观察）

推理：观赏了美丽、神奇的极光照片，从英国科学杂志《自然》2002粘4月11日刊登论文讲述了地磁场日益严重的弱化，导致一些人造卫星出现电子故障，引起科学界对这个问题的普遍关注。在领略奇妙物理现象的同时，引发对环境思考，体会地球的和谐与脆弱，激发保护环境意识。情景史料引入，引人入胜。

实验探究一：提出问题—猜想假设—实验验证

①当一段直导线垂直放置在磁场中时不受安培力的作用，当直导线垂直与磁场方向并且通上电流以后有最大安培力的作用，电流在磁场中受到安培力作用。

②电流是怎样形成？

③磁场对这些运动着的电荷是否也有作用力？

学生猜想：磁场对运动电荷有（无）作用力 验证：演示实验—射线管（激起求知欲好奇心）

现象：在没有外磁场时，电子束是沿直线前进的，若把射线管放在磁铁的磁场中，电子束运动的径迹发生了弯曲。

说明：运动电荷受到磁场的作用力-------洛伦兹力。介绍阴极射线管：

从阴极发射出来的电子，在阴阳两极间的高压作用下，使其加速，形成电子束，轰击到真空管中的惰性气体，使惰性气体发光，可以显示电子束的运动轨迹。

（1）实验现象：在没有外加磁场时，电子束沿直线运动；如果把射线管放在蹄形磁体的两极间，荧光屏上显示的电子束运动的径迹发生了弯曲。通过演示实验“阴极射线在磁场中的偏转”让学生确信洛伦兹力的存在，发现洛伦兹力的方向与磁场方向和电荷的运动方向都有关系，推断洛伦兹力的方向可以依照左手定则来判断。

实验结论：运动电荷确实受到了磁场力的作用。

（板书）：

一、洛伦兹力——物理上把磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力。概念的强调有助于学生形成严谨 的科学态度

荷兰物理学家，他是电子论的创始人、相对论中洛伦兹变换的建立者，并因在原子物理中的重要贡献（塞曼效应）获得第二届（1902年）诺贝尔物理学奖。被爱因斯坦称为“我们时代最伟大，最高尚的人”。

探究二：洛仑兹力方向（提出问题--猜想假设--实验验证—总结练习）

提出问题：我们回顾一下电流形成和电流方向的规定；安培力方向的判定方法：左手定则。根据上面实验的一束电子流在磁场中的偏转情况，洛伦兹力又是安培力的微观表示，你能否分析得到一个判断洛仑兹力方向的方法呢？ 猜想假设：磁场对电流的作用力实质上就是磁场对运动电荷作用力。也就是说洛伦兹力可能与电荷的运动方向、磁场方向有关。安培力的方向用左手定则来判断，洛伦兹力是否也可以采用同样方法。

实验验证：观察阴极射线的电子流在磁场中的运动，先判断电流的方向，用左手定则判断安培力的方向，推断得到电子的受力方向。由学生交流自己的判断方法。总结练习：今天同学们共同研究得出洛仑兹力方向使用左手可以判定，总结刚才左手判断的方法，就是左手定则，练习教材课后题。

通过练习提醒学生注意：电荷所受的洛伦兹力既垂直于磁场方向，又垂直于电荷运动方向。即垂直于磁场方向和电荷运动方向所决定的平面。若不垂直怎样，设疑引思考。

探究三：洛仑兹力大小（建立模型—小组讨论—得出结论）建立模型：以上的我们讨论了洛仑兹力的方向跟磁场方向和运动电荷的速度方向有关。那么洛仑兹力的大小与那些因素有关呢？

小组讨论：安培力是洛仑兹力的宏观表现，要确定洛仑兹力大小，首先要从微观角度上分析确定电流强度大小。

根据以前学习的知识，同学们回忆一下：在t秒内有多少个电荷通过导体某一截面？电流强度的微观表达式是什么？

电流微观表达式：I=nqvs(n:单位体积自由电荷数；q:每个自由电荷电荷量；v:电荷定向移动平均速率；s:导体横截面积。)载流导线所受安培力：F=BIL（B与I垂直）

F=(nqvs)BL=(nLs)qvB(nLs为这段导线含有的运动电荷数)得F洛=qvB(电荷q所受的洛伦兹力)得出结论：F洛=qvB（B⊥V时）F洛=0（B∥V时）

探究四：研究带电粒子在磁场中运动(引导学生用理论解决实际问题，培养实践能力。)电视显像管的工作原理

思考与讨论：

1.如何使电子束打在荧光屏A点和B点？

2.再由B逐渐向A点移动，磁场该怎样变化？（拓展思路）

研究性学习：

1、今天我们学习了带电粒子的运动方向垂直于磁场方向的情形，请同学们自己研究学习（1）B∥V，（2）B⊥V，（3）B与V成θ角，三种情形中洛仑兹力和带电粒子的运动规律。

2、在许多科学仪器和工业设备，例如质谱仪，粒子加速器，电子显微镜，磁镜装置，霍耳器件中，洛伦兹力都有广泛应用。

3、既然安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力对运动电荷不作功，何以安培力能对载

流导线做功呢？实际上洛伦兹力起了传递能量的作用，它的一部分阻碍电荷运动作负功，另一部分构成安培力对载流导线作正功，结果仍是由维持电流的电源提供了能量。

作业、（1）阅读教材信息浏览“地磁与极光”。

（2）并把P124 1—4做到作业本上。

六.说板书设计

3.5 磁场对运动电荷的作用力

一、洛伦兹力

定义：运动电荷在磁场中受到的力

二、洛伦兹力的方向

1.判定--左手定则

2.特点：B和V方向不一定垂直，F洛必垂直于B、V确定的平面。

三、洛伦兹力的大小

F洛=qvB（B⊥V时）

F洛=0（B∥V时）

F洛=qvBsinθ

（B与V有夹角θ）

四、洛伦兹力的应用

七.说教学效果

由于这节课有实验、课件等增加了课堂的容量。在教学方法上采用了“引导--探究--总结”的的教学方法，学生的学习积极性很高，能主动的融入到课堂中，顺利的完成了教学任务。