磁场对运动电荷的作用教案文档格式.docx

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新课

课时安排

1课时

年级班级

高二5班

教学目标：

1、通过本课时的学习使学生知道磁场对电流的作用（安培力）实质是磁场对运动电荷作用（洛仑兹力）的宏观表现。

2、理解洛仑兹力的方向由左手定则判定，能根据安培力的表达式F=BIL推导洛仑兹力的表达式f=qvB。

3、培养学生的思维能力、分析能力以及逻辑推理能力，使学生体会由宏观量描绘微观量的科学思想。

教学重点、难点：

1、由安培力的方向导出判定洛仑兹力方向的判定方法———左手定则。

2、根据安培力的表达式（宏观量）导出洛仑兹力（微观量）的表达式。

教具：

阴极射线管、学生低压电源、感应圈（高压）、蹄形磁体、导线和开关以及投影仪、投影片、投影屏幕。

教学方法：

多媒体教学

教学进程（不够附页）：

（一）引课

播放：

极光视频欣赏

漂亮吧？

美丽吧？

那现在我要问了，同学们知道刚才所拍摄的这些美丽的景象是什么吗？

这就是多发于地球两极或中高纬度的自然奇观——极光

那为什么极光总多发于地球的两级和中高纬度地区，而不会在我们金华的上空出现呢？

那么极光又是如何形成了呢？

这些神秘的问题我们该如何来解决呢，科学研究告诉我们，这种奇异的极光和来自太空的高能离子受到地磁场的作用有关，那么究竟他们有什么样的关系，我们能不能解释呢？

能不能？

同学们真棒！

极光都能解释~

那么学完今天的课程以后我们就能对美丽的极光现象做一个简单的解释了，那么今天我们就来学习——磁场对运动电荷的作用

（二）新课教学

我们在上节课中学过，通电导线如果垂直放在磁场当中给它通上电流以后，导线是不是会受到力的作用？

这个力叫什么力呢？

安培力，那么请同学们看大屏幕，你能不能给我判断出来这根通电导线在磁场当中所受到的安培力的方向呢？

可不可以？

大家试着判断一下，（请同学起来判断荧幕上的题目）

提问：

为什么通电导线放在磁场当中就会受到安培力的作用呢？

而不通电的时候导线无论我怎么放到磁场中他会不会受到安培力的作用？

猜想，安培力是因为导体当中每一个运动电荷受到磁场力作用而表现出来的宏观作用力呢？

这里有一根通电直导线，他的磁场方向是垂直于大屏幕向里的，有安培定则我们可以判断出它所受到的安培力是竖直向上的，那么我们对它进行深入的研究，导线当中的自由电荷定向移动而形成电流，如果每一个运动电荷都受到向上的作用力，那则宏观出通电导线受到向上的安培力作用，我们这种猜想是否正确呢？

磁场对电荷究竟有没有作用力呢，我们口说无凭。

能不能通过实验来验证一下呢，可想而知我们这里肯定需要一个磁场，

这里有一个很常见的一根条形磁铁吧，这边是不是有磁场啊，我们还需要运动电荷，运动电荷怎么得到呢？

请同学们看，

这是一个阴极射线管，这是他的阴极，这是他的阳极，这是一个感应圈，感应圈可以产生高压静电，这个时候呢，我们如果打开感应圈，在高压静电的作用下阴极射线管就会产生大量的高速运动的电子，这些电子通过这里的狭缝出来后打在白色的荧光屏上产生萤光，就出现了一条亮线，

请同学们观察，有没有，一条绿色的亮线吧，那这条亮线就是电子打在荧光屏上所产生的萤光，这条亮线同样也能够反应出电子运动的轨迹吧？

那么现在电子运动我们有了，磁场我们也有了，给它加上磁场以后我们看一看它到底受不受磁场对他的作用力，~~这位同学，你来靠近这个电子束，看一下这个射线会有什么现象发生。

大家看到了吧，这条射线呢怎么样了啊？

是不是发生偏转了啊，然后我拿掉这个磁铁射线是不是又恢复到了原位啊？

好！

那么通过电子束在磁场当中偏转这一现象能够说明什么，大家想一想？

（请一个同学起来回答）

说明磁场对运动的电荷会产生了力的作用，所以才使得电子束的轨迹发生了偏转啊？

那我们再来看一下，我用S极去靠近它，它是向上偏转的是不是？

我用N极去靠近它它又向下偏转，这似乎说明带电粒子受到的这个力可能和磁场的方向是不是有关，那有什么关系我们暂且放下不谈它，

那么通过这个实验呢我们就充分的验证了我们刚才的猜想是正确的，由实验我们看到磁场对运动电荷有力的作用，使得大量的电子束发生了偏转，这个现象是荷兰物理学家洛伦兹首先提出的，为了纪念他人们把磁场对运动电荷的作用的力称为洛伦兹力，安培力就是洛伦兹力的一个宏观表现。

（板书）我们说安培力是洛伦兹力，大量电荷所受到的洛伦兹力的宏观表现那么同样的洛伦兹力就是安培力的微观本质吧？

所以我们也可以说洛伦兹力是安培力的微观本质

一、洛仑兹力

1.磁场对运动电荷有力的作用，这个力叫做洛伦兹力。

2.洛伦兹力与安培力的关系：

安培力是洛伦兹力的宏观表现，

洛伦兹力是安培力的微观本质。

那么作为一个力来说，它肯定是有方向的，是不是？

那我们如何来判断洛伦兹力的方向？

二、洛伦兹力方向的判断——左手定则

通过刚才的学习我们知道通电导线在磁场中受到到了安培力的作用最本质的原因是导体当中的带电粒子运动的时候受到了洛伦兹力的作用，也就是说安培力是洛伦兹力对大量运动电荷作用的宏观表现，那么我们将如何来判断洛伦兹力的方向呢？

在这里我们观察一下，磁场是垂直屏幕向里，而导体当中形成的电流是往水平向右的，然而这里分为两种情况，第一种~导体当中是正电荷定向移动形成电流，电荷运动方向与电流方向是相同的；

第二种是负电荷的定向移动形成电流，而负电荷定向移动方向和电流方向是相反的，所以说这边负电荷是往向左运动的，首先我们来判断导体所受的安培力的方向，根据上节课我们所学的左手定则，我们知道这两段导体所受的安培力方向都是竖直向上的，那么，也可以说运动电荷所受的洛伦兹力也应该是竖直向上的，这样才能表现为整个导体所受的安培力是竖直向上的，那这样是不是说明安培力的方向跟运动电荷所受的洛伦兹力是相同的？

那我们将如何来判定洛伦兹力的方向啊？

大家想一想（请同学起来回答）

1、由安培力的方向导出洛仑兹力方向的特点

（1）洛仑兹力的方向跟磁场方向垂直；

（2）洛仑兹力的方向跟电荷运动方向垂直。

怎么样判断洛伦兹力的方向呢？

大胆的思考，再想想我们前面所学的知识，对不对？

我们要用已知的问题去解决未知的问题啊，安培力是对于一根通电导线而言的，而洛伦兹力是对于一个又一个的电荷而言的，那你该如何用左手定则来判断呢？

类比安培力方向判断的左手定则来判断洛伦兹力方向时，四指应指向正电荷运动方向，因为我们知道电流方向规定为正电荷运动的方向吧？

同意我的观点么？

但是在刚才阴极射线管的实验当中，我们知道那些运动电荷是什么呢，电子，它带的是负电，而在判断电子所受洛伦兹力方向时四指就应该指向电子运动的反方向。

2、左手定则

伸开左手，使大拇指和其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向（负电荷运动的反方向），这时大拇指所指的方向就是正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。

即等效电流的方向。

当然啦，为了让同学们把这个左手定则记住，我给大家做了一个三维空间的一个动画，大家可以来欣赏一下，

运动电荷用左手定则判断的视频

方向解决了，那接下来很自然而然我们就要来解决洛伦兹力的大小，

同学们想一想，洛伦兹力的大小跟哪些因素有关呢？

根据洛伦兹力是安培力的微观本质我们可以推导出洛伦兹力的大小为：

F=qvB

三、洛伦兹力的大小

洛仑兹力：

F=qVB（V垂直B）

公式F=qVB中，q、v、B的含义。

q：

带电粒子所带电量的绝对值（C）

v：

带电粒子运动的速率。

（m/s）

B：

磁场磁感应强度的大小。

（T）

那么我们完成了这个问题，接下来我们就解决前面我提到的那个问题，洛伦兹力作用的这个三维动画里头，电子束受到洛伦兹力以后怎还是直线前进呢，我刚才给大家解释那是为了更好的让大家掌握左手定则是不是啊？

那接下来我们就来研究一下，在洛伦兹力作用下粒子运动的径迹。

四、洛伦兹力作用下粒子运动的轨迹

1、播放：

洛伦兹力演示仪视频

（1）当带电粒子垂直射入磁场时，运动轨迹为圆

五、对极光现象的简单解释

六、小结

1、对学生强调洛仑兹力方向的特点：

①洛仑兹力方向跟磁场方向垂直；

②洛仑兹力方向跟电荷运动方向垂直。

2、左手定则：

对正电荷与负电荷的不同点（四指指向不同）和相同点（四指指向电流的方向）。

3、洛仑兹力大小的描述

板书设计：

一、洛伦兹力

1、定义：

磁场对运动电荷的作用力叫洛仑兹力。

2、联系：

安培力是洛伦兹力受到的洛伦兹力的宏观表现

洛伦兹力就是安培力的微观本质

二、洛伦兹的的方向：

左手定则

①与磁场方向垂直；

②与电荷运动方向正交。

三、洛仑兹力的大小

课

后

分

析

自我分析：

实习同学评议：

指导教师意见：

磁场对运动电荷的作用

一、教学目标

1．通过实验掌握左手定则，并能熟练地用左手定则判断磁场对运动电荷的作用力──洛仑兹力的方向．

2．理解安培力是洛仑兹力的宏观表现．

3．根据磁场对电流的作用和电流强度的知识推导洛仑兹力的公式f=BqV，并掌握该公式的适用条件．

4．熟练地应用公式f=BqV进行洛仑兹力大小的计算．

二、重点、难点分析

1．重点是洛仑兹力方向的判断方法左手定则和洛仑兹力大小计算公式的推导和应用．

2．因电荷有正、负两种，在用左手定则判断不同的电荷受到的洛仑兹力方向时，要强调四指所指方向应是正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向．

3．洛仑兹力计算公式的推导是难点之一，这要从概念上讲解清楚．

三、教具

感应圈、低压直流电源（学生电源或蓄电池）、阴极射线管，蹄形永久磁铁、导线若干．

四、主要教学过程

（一）引入新课

1．设问：

我们已经掌握了磁场对电流存在力的作用、安培力的产生条件和计算方法，那么磁场对运动电荷是否也有力的作用呢？

回答：

有．

2．实验：

演示电子束在磁场中的偏转，让同学注意当改变磁场方向时，电子束的偏转方向也随之改变．

（二）教学过程设计

1．洛仑兹力（板书）

通过上述实验，让学生思考：

电子束在磁场中偏转的实验现象揭示了什么？

定义：

磁场对运动电荷存在着力的作用，我们把它称做洛仑兹力．

2．洛仑兹力产生的条件（板书）

通过实验，师生共同得出．

结论：

电荷电量q≠0，电荷运动速度v≠0，磁场相对运动电荷速度的垂直分量B⊥≠0，三个条件必须同时具备．在这里教师进一步强调，当运动电荷垂直进入磁场时受到磁场力的作用最大，教材只要求学生掌握这种情况．

3．洛仑兹力方向的判断：

（板书）

进一步观察电子束垂直进入磁场时的偏转，并改变磁场方向．在黑板上作图表示，让同学找出一种判断方法．也可联系安培力方向的判断推理确定洛仑兹力方向的判断方法──左手定则．

洛仑兹力的方向判断也遵循左手定则．

4．洛仑兹力的大小（板书）

师生共同讨论得出．

（1）如何用（单位体积内含的运动电荷数n，每个电荷电量为q，电荷的平均定向移动速率是v，导线的横截面积是S）n、q、v、S来表示通电导线中的电流强度I？

教师画图点拨，学生自己讨论得出

（2）如何从合力的观点出发用洛仑兹力f来表达安培力F的值？

（当通电导线垂直于磁场时）

教师点拨，学生自己讨论得出

F=LIB=Nf②（N为导线中电荷总数）

（3）让学生自己根据上面二个式子推出一个运动电荷垂直于磁场方向运动时受到的洛仑兹力的大小．

①代入②式：

L·

nvSq·

B=NfN=nLSf=Bqv

（4）提问：

f=Bqv的适用条件是什么？

答：

当电荷q以速度v垂直进入磁感应强度为B的磁场中，它所受的洛仑兹力f=Bqv．

（三）小结

安培力是洛仑兹力的宏观表现．当运动电荷q以速度v垂直进入磁感应强度为B的磁场中，它受到的洛仑兹力f=Bqv．洛仑兹力的方向由左手定则来判断．

当电荷运动速度平行于磁场方向进入磁场中，电荷不受洛仑兹力作用．

（四）课堂练习

1．如图所示，运动电荷电量为q=2×

10－8C，电性图中标明，运动速度v=4×

103m／s，匀强磁场磁感应强度为，求电荷受到的洛仑兹力的大小和方向．

可以让六位同学上黑板上每人演算一小题，写出公式计算洛仑兹力的大小，并标明电荷受力方向．

2．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．

五、说明

1．本节教材的重点是洛仑兹力产生的条件，洛仑兹力的大小和方向，难点是公式f=Bqv的推导，为突出重点和难点，该节内容不涉及带电粒子在磁场中的运动轨迹等问题．

2．严格说，洛仑兹力的大小等于电荷电量q、电荷速率v、磁感应强度B以及v和B间夹角θ的正弦sinθ的乘积．当电荷运动速率方向与磁场方向垂直时，电荷受洛仑兹力最大，f=Bqv；

当电荷运动方向与磁场方向一致时，电荷受洛仑兹力最小，等于零．因教材只要求学生掌握后两种情况的判断和计算，所以教案中只推导出θ=90°

时的洛仑兹力f=Bqv．

3．洛仑兹力属于微观力学范畴，充分利用实验让学生从感性知识入手，激发学生的兴趣，在讲解重点知识时，分步运用观察实验、提问、思考、讲解、推导等手段，让同学在积极参与的过程中理解和掌握本节知识内容．

（教材使用人教社高级中学课本物理第二册──必修）