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1、
2022年《磁場對通電導線的作用》教學設(shè)計WORD版
3.5 磁場對運動電荷的作用力
★新課標要求
(一)知識與技能
1、知道什么是洛倫茲力。
2、利用左手定則會判斷洛倫茲力的方向。
3、知道洛倫茲力大小的推理過程。
4、掌握垂直進入磁場方向的帶電粒子,受到洛倫茲力大小的計算。
5、理解洛倫茲力對電荷不做功。
6、了解電視機顯像管的工作原理。
(二)過程與方法
通過洛倫茲力大小的推導過程進一步培養(yǎng)學生的分析推理能力。
(三)情感、態(tài)度與價值觀
讓學生認真體會科學研究最基本的思維方法:“推理—假設(shè)—實驗驗證”
★教學重點
1、利用左手定則會判斷洛倫茲力的方
2、向。
2、掌握垂直進入磁場方向的帶電粒子,受到洛倫茲力大小的計算。
★教學難點
1、理解洛倫茲力對運動電荷不做功。
2、洛倫茲力方向的判斷。
★教學方法
實驗觀察法、講述法、分析推理法
★教學用具:
電子射線管、電源、磁鐵、投影儀、投影片
★教學過程
(一)引入新課
教師:(復習提問)前面我們學習了磁場對電流的作用力,下面思考兩個問題:
(1)如圖,判定安培力的方向
學生上黑板做,解答如下:
若已知上圖中:B=4.0×10-2 T,導線長L=10 cm,I=1 A。求:導線所受的安培力大小?
學生解答:
F=BIL=4×
3、10-2 T×1 A×0.1 m=4×10-3 N
答:導線受的安培力大小為4×10-3 N。
(2)電流是如何形成的?
學生:電荷的定向移動形成電流。
教師:磁場對電流有力的作用,電流是由電荷的定向移動形成的,大家會想到什么?
學生:這個力可能是作用在運動電荷上的,而安培力是作用在運動電荷上的力的宏觀表現(xiàn)。
[演示實驗]用陰極射線管研究磁場對運動電荷的作用。如圖3.5-1
教師:說明電子射線管的原理:
從陰極發(fā)射出來電子,在陰陽兩極間的高壓作用下,使電子加速,形成電子束,轟擊到長條形的熒光屏上激發(fā)出熒光,可以顯示電子束的運動軌跡。
學生:觀察實驗現(xiàn)象。
實驗結(jié)果:在沒
4、有外磁場時,電子束沿直線運動,將蹄形磁鐵靠近陰極射線管,發(fā)現(xiàn)電子束運動軌跡發(fā)生了彎曲。
學生分析得出結(jié)論:磁場對運動電荷有作用。
(二)進行新課
1、洛倫茲力的方向和大小
教師講述:運動電荷在磁場中受到的作用力稱為洛倫茲力。通電導線在磁場中所受安培力實際是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。
我們用安培定則判斷安培力的方向,因此可以用安培定則判斷洛倫茲力的方向。
(投影)
左手定則:伸開左手,使大拇指跟其余四個手指垂直,并且都和手掌在一個平面內(nèi),讓磁感線垂直穿入手心,并使伸開的四指指向正電荷運動的方向,那么,大拇指所指的方向就是運動的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向。
如果運動的是負電荷,則四
5、指指向負電荷運動的反方向,那么拇指所指的方向就是負電荷所受洛倫茲力的方向。
[投影片出示練習題]
(1)試判斷下圖中所示的帶電粒子剛進入磁場時所受的洛倫茲力的方向。
甲 乙 丙 丁
學生解答:
甲中正電荷所受的洛倫茲力方向向上;
乙中負電荷所受的洛倫茲力方向向上;
丙中正電荷所受的洛倫茲力方向垂直于紙面指向紙內(nèi);
丁中負電荷所受的洛倫茲力的方向垂直于紙面指向紙外
教師:下面我們來討論B、v、F三者方向間的相互關(guān)系。如圖所示。
學生:F總垂直于B與v所
6、在的平面。B與v可以垂直,可以不垂直。
教師:現(xiàn)在我們來研究洛倫茲力的大小。
若有一段長度為L的通電導線,橫截面積為S,單位體積中含有的自由電荷數(shù)為n,每個自由電荷的電量為q,定向移動的平均速率為v,將這段導線垂直于磁場方向放入磁感應強度為B的磁場中。
教師:這段導體所受的安培力為多大?
學生:F安=BIL
教師:電流強度I的微觀表達式是什么?
學生:I的微觀表達式為I=nqSv
教師:這段導體中含有多少自由電荷數(shù)?
學生:這段導體中含有的電荷數(shù)為nLS。
教師:每個自由電荷所受的洛倫茲力大小為多大?
學生:安培力可以看作是作用在每個運動上的洛倫茲力F的合力,這段導體中含有
7、的自由電荷數(shù)為nLS,所以
教師:當運動電荷的速度v方向與磁感應強度B的方向不垂直時,設(shè)夾角為θ,則電荷所受的洛倫茲力大小為多大?
學生:
教師指出:上式中各量的單位:為牛(N),q為庫倫(C),v為米/秒(m/s),B為特斯拉(T)
思考與討論:同學們討論一下帶電粒子在磁場中運動時,洛倫茲力對帶電粒子是否做功?說明理由。
教師引導學生分析得:
洛倫茲力的方向垂直于v和B組成的平面即洛倫茲力垂直于速度方向,因此,洛倫茲力只改變速度的方向,不改變速度的大小,所以洛倫茲力對電荷不做功。
投影片出示練習題:
練習1、電子的速率v=3×106 m/s,垂直射入B=0.10 T的勻強
8、磁場中,它受到的洛倫茲力是多大?
學生分析求解,教師巡回指導:
f=qvB=1.60×10-19×3×106×0.10=4.8×10-14 N
練習2、來自宇宙的質(zhì)子流,以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點,則這些質(zhì)子在進入地球周圍的空間時,將_______
A.豎直向下沿直線射向地面 B.相對于預定地面向東偏轉(zhuǎn)
C.相對于預定點稍向西偏轉(zhuǎn) D.相對于預定點稍向北偏轉(zhuǎn)
學生分析解答:B。地球表面地磁場方向由南向北,質(zhì)子是氫原子核帶正電,根據(jù)左手定則可判定,質(zhì)子自赤道上空豎直下落過程中受洛倫茲力方向向東。
2、電視顯像管的工作原理
教師:引導學生閱讀教材相關(guān)內(nèi)容,思
9、考并回答問題。
電子束是怎樣實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)的?
在圖3.5-4中,如圖所示:
(1)要是電子打在A點,偏轉(zhuǎn)磁場應該沿什么方向?
(2)要是電子打在B點,偏轉(zhuǎn)磁場應該沿什么方向?
(3)要是電子打從A點向B點逐漸移動,偏轉(zhuǎn)磁場應該怎樣變化?
學生:思考并回答問題:
(1)要是電子打在A點,偏轉(zhuǎn)磁場應該垂直紙面向外
(2)要是電子打在B點,偏轉(zhuǎn)磁場應該垂直紙面向里
(3)要是電子打從A點向B點逐漸移動,偏轉(zhuǎn)磁場應該先垂直紙面向外并逐漸減小,然后垂直紙面向里并逐漸增大。
教師:電子打在熒光屏上只能有一個亮點,為什么整個熒光屏都能發(fā)光能?
學生閱讀教材,進一步了解顯像管的工作過程。
10、
(三)課堂總結(jié)、點評
教師活動:讓學生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學到黑板上總結(jié),其他同學在筆記本上總結(jié),然后請同學評價黑板上的小結(jié)內(nèi)容。
學生活動:認真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容,并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié),看誰的更好,好在什么地方。
點評:總結(jié)課堂內(nèi)容,培養(yǎng)學生概括總結(jié)能力。
教師要放開,讓學生自己總結(jié)所學內(nèi)容,允許內(nèi)容的順序不同,從而構(gòu)建他們自己的知識框架。
(四)實例探究
☆洛倫茲力的方向
【例1】關(guān)于帶電粒子所受洛倫茲力F和磁感應強度B及粒子速度v三者之間的關(guān)系,下列說法中正確的是
A.F、B、v三者必定均保持垂直
B.F必定垂直于B、v,但
11、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:根據(jù)左手定則,洛倫茲力垂直于B,也垂直于v,垂直于B與v所決定的平面,但B與v不一定垂直.
答案:B
【例2】如圖所示的是磁感應強度B、正電荷速度v和磁場對電荷的作用力F三者方向的相互關(guān)系圖(其中B垂直于F與v決定的平面,B、F、v兩兩垂直)。其中正確的是
答案:D
☆洛倫茲力的大小
【例3】如圖所示,勻強磁場方向水平向里,勻強電場方向豎直向下,有一正離子恰能沿直線從左向右水平飛越此區(qū)域。則
A.若電子從右向左飛入,電子也沿直線運動
B.若電子從右向左飛入
12、,電子將向上偏轉(zhuǎn)
C.若電子從右向左飛入,電子將向下偏轉(zhuǎn)
D.若電子從左向右飛入,電子也沿直線運動
解析:若電子從右向左飛入,電場力向上,洛倫茲力也向上,所以上偏,B正確;若電子從左向右飛入,電場力向上,洛倫茲力向下。由題意,對正電荷qE=Bqv,與q無關(guān),所以對電子二者也相等,所以電子從左向右飛,做勻速直線運動.
答案:BD
【例4】一個長螺線管中通有電流,把一個帶電粒子沿中軸線方向射入(若不計重力影響),粒子將在管中
A.做圓周運動 B.沿軸線來回運動
C.做勻加速直線運動 D.做勻速直線運動
解析:通電長螺線管內(nèi)部的磁場方向始終與中軸線平行,帶電粒子沿磁場方向運動時,不受洛倫茲力,所以一直保持原運動狀態(tài)不變,正確答案是D。
答案:D
★課余作業(yè)
完成P103“問題與練習”第1、2、5題。書面完成第3、4題。
★教學體會
思維方法是解決問題的靈魂,是物理教學的根本;親自實踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學生能力的關(guān)鍵,離開了思維方法和實踐活動,物理教學就成了無源之水、無本之木。學生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花,水中月。