2022年高中物理選修3-1 3-5 運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力 教案

2022年高中物理選修3-1 3-5 運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力 教案 教學(xué)目標(biāo)： 1、知道什么是洛倫茲力，掌握洛倫茲力大小的推理過程。 2、利用左手定則會(huì)判斷洛倫茲力的方向。 3、掌握垂直進(jìn)入磁場(chǎng)方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計(jì)算。 4、了解電視機(jī)顯像管的工作原理。 學(xué)情分析： 本課教學(xué)對(duì)象是高二的學(xué)生，學(xué)生已完成了力學(xué)、電流、磁場(chǎng)和安培力的學(xué)習(xí)，在思維方法方面，已有一定的觀察、分析、抽象、邏輯思維和數(shù)學(xué)推算等能力。日常生活中由于我們無法用肉眼觀察到運(yùn)動(dòng)電荷，學(xué)生缺乏對(duì)電荷在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)的感性經(jīng)驗(yàn)，但他們對(duì)未知事物的新奇現(xiàn)象具有較強(qiáng)的探究興趣和欲望，具備學(xué)習(xí)動(dòng)力基礎(chǔ)。 教學(xué)重點(diǎn)： 1、會(huì)計(jì)算洛倫茲力的大小。 2、會(huì)用左手定則會(huì)判斷洛倫茲力的方向 教學(xué)難點(diǎn)： 1.洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功. 2.洛倫茲力方向的判斷. 3、垂直進(jìn)入磁場(chǎng)方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計(jì)算 教具： 多媒體、電子射線管、高壓電源、磁鐵、多媒體 教學(xué)活動(dòng)： 觀看極光視頻 （一） 回顧復(fù)習(xí) 前面我們學(xué)習(xí)了磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力，下面思考兩個(gè)問題： 如圖判定安培力的方向 （二）新課講解 ［教師講述］什么是電流？ ［學(xué)生答］電荷的定向移動(dòng)形成電流. ［教師講述］磁場(chǎng)對(duì)電流有力的作用，電流是由電荷的定向移動(dòng)形成的，我們會(huì)想到：這個(gè)力可能是作用在運(yùn)動(dòng)電荷上的，這個(gè)力的方向能不能也用左手定則來判定？ ［演示實(shí)驗(yàn)］觀察磁場(chǎng)陰極射線在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)。 ［教師］說明電子射線管的原理： 說明陰極射線是燈絲加熱放出電子，電子在加速電場(chǎng)的作用下高速運(yùn)動(dòng)而形成的電子流，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(yùn)動(dòng)軌跡，磁鐵是用來在陰極射線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)的，還應(yīng)明確磁場(chǎng)的方向。 ［實(shí)驗(yàn)結(jié)果］在沒有外磁場(chǎng)時(shí)，電子束沿直線運(yùn)動(dòng)，條形磁鐵靠近電子射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生了彎曲。 ［學(xué)生分析得出結(jié)論］磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有作用. ［教師］介紹洛倫茲力 1、定義：運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的作用力，叫洛倫茲力。記作f ［過渡語］運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力的作用，那么洛倫茲力的方向如何判斷呢？ 2、洛倫茲力的方向： ［問題］觀察總結(jié) ①.電流方向和電荷運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系.（電流方向和正電荷運(yùn)動(dòng)方向相同，和負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)方向相反） ②.f的方向和洛倫茲力方向關(guān)系.（f的方向和正電荷所受的洛倫茲力的方向相同，和負(fù)電荷所受的洛倫茲力的方向相反.） ③.電荷運(yùn)動(dòng)方向、磁場(chǎng)方向、洛倫茲力方向的關(guān)系.（學(xué)生分析總結(jié)） （1）洛倫茲力方向的判斷——左手定則 （2）洛倫茲力F與v、B三者間的空間方向關(guān)系：f⊥B，又f⊥v，故f⊥Bv平面 課堂練習(xí) 題目： 試判斷下圖中所示的帶電粒子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)所受的洛倫茲力的方向 3、洛倫茲力的大小 ［問題］洛倫茲力與安培力有什么關(guān)系？ ［學(xué)生提出猜想］安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì)。 設(shè)有一段長度為L的通電導(dǎo)線，橫截面積為S，導(dǎo)線每單位體積中含有的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷的電量為q，定向移動(dòng)的平均速率為v，將這段導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)方向放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中. ［問題］這段導(dǎo)體所受的安培力為多大？［學(xué)生答］F安=BIL ［問題］這段導(dǎo)體中含有多少自由電荷數(shù)？ ［學(xué)生答］這段導(dǎo)體中含有的電荷數(shù)為nLS. ［問題］這段導(dǎo)線中電流I的微觀表達(dá)式是多少？讓學(xué)生推導(dǎo)后回答。 ［學(xué)生答］I的微觀表達(dá)式為I=nqSv ［問題］每個(gè)自由電荷所受的洛倫茲力大小為多大？ ［學(xué)生答］安培力可以看作是作用在每個(gè)運(yùn)動(dòng)上的洛倫茲力F的合力，這段導(dǎo)體中含有的自 由電荷數(shù)為nLS,所以 f= F安/nLS = BIL/nLS = nqvSLB/nLS =qvB 洛倫茲力的計(jì)算公式 當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度平行時(shí)（v∥B） f =0 當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直時(shí)（v┴B） f = qvB 當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向成θ時(shí) f = qvBsinθ 最后，由洛倫茲力所引起的帶電粒子運(yùn)動(dòng)的方向總是與洛倫茲力的方向相垂直的，洛倫茲力的只改變運(yùn)動(dòng)電荷速度的方向，不改變運(yùn)動(dòng)電荷速度的大小。所以它對(duì)運(yùn)動(dòng)的帶電粒子總是不做功的。 題目1： 電子的速率v=3×106m/s,垂直射入B=0.10T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,它受到的洛倫茲力是多大? 題目2：當(dāng)一帶正電q的粒子以速度v沿螺線管中軸線進(jìn)入該通電螺線管,若不計(jì)重力,則( ) A．帶電粒子 速度大小改變 B．帶電粒子速度方向改變 C．帶電粒子速度大小不變 D．帶電粒子速度方向不變 引入問題的回答：一、從宇宙深處射來的帶電粒子為什么只在南北兩極形成神秘莫測(cè)的極光？ 極光是來自太陽的帶電高能粒子流由于地磁場(chǎng)的作用，而轉(zhuǎn)向兩極區(qū)域，使高空大氣分子或原子激發(fā)或電離而產(chǎn)生的，所以極光常見于高緯度地區(qū)。 引入問題的回答：二、顯像管的工作原理 電視顯像管應(yīng)用了電子束在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)原理。電子束射向熒光屏就能發(fā)光，一束電子束只能使熒光屏上的一個(gè)點(diǎn)發(fā)光，而通過偏轉(zhuǎn)線圈中磁場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)就可以使整個(gè)熒光屏發(fā)光。 （三）小結(jié) 1、定義：運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的作用力，叫洛倫茲力。記作F洛或FL 。 2、洛倫茲力的方向----左手定則 f⊥B f⊥v f⊥vB平面 3、洛倫茲力的大?。? v∥B，f=0； v⊥B，f=qvB v與B成θ時(shí)，f=qvBsinθ 4、洛倫茲力的效果：只改變運(yùn)動(dòng)電荷速度的方向， 不改變運(yùn)動(dòng)電荷速度的大小。