高中物理 35《探究洛伦兹力》学案 粤教版选修31.docx

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高中物理35《探究洛伦兹力》学案粤教版选修31

探究洛伦兹力

经典例题

【例1】图16－49是表示磁场磁感强度B，负电荷运动方向v和磁场对电荷作用力f的相互关系图，这四个图中画得正确的是（B、v、f两两垂直）

[]

解答：

正确的应选A、B、C．

点拨：

由左手定则可知四指指示正电荷运动的方向，当负电荷在运动时，四指指示的方向应与速度方向相反．

【例2】带电量为＋q的粒子，在匀强磁场中运动，下面说法中正确的是

[]

A．只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同

B．如果把＋q改为－q，且速度反向且大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变

C．只要带电粒子在磁场中运动，它一定受到洛伦兹力作用

D．带电粒子受到洛伦兹力越小，则该磁场的磁感强度越小

解答：

正确的应选B．

点拨：

理解洛伦兹力的大小、方向与哪些因素有关是关键．

【例3】如果运动电荷除磁场力外不受其他任何力的作用，则带电粒子在磁场中作下列运动可能成立的是

[]

A．作匀速直线运动

B、作匀变速直线运动

C．作变加速曲线运动

D．作匀变速曲线运动

点拨：

当v∥B时，f＝0，故运动电荷不受洛伦兹力作用而作匀速直线运动．当v与B不平行时，f≠0且f与v恒垂直，即f只改变v的方向．故运动电荷作变加速曲线运动．

参考答案：

AC

【例4】如图16－50所示，在两平行板间有强度为E的匀强电场，方向竖直向下，一带电量为q的负粒子（重力不计），垂直于电场方向以速度v飞入两板间，为了使粒子沿直线飞出，应在垂直于纸面内加一个怎样方向的磁场，其磁感应强度为多大？

点拨：

要使粒子沿直线飞出，洛伦兹力必须与电场力平衡．

参考答案：

磁感应强度的方向应垂直于纸面向内，大小为E/v

【例5】、运动电荷在磁场中受到的作用力，叫做。

解析：

洛伦兹力。

荷兰物理学家洛伦兹首先提出了运动电荷产生磁场和磁场对运动电荷有作用力的观点，为纪念他，人们称这种力为洛伦兹力。

通电导线在磁场中所受安培力是洛伦兹力的宏观表现。

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.

解析：

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，四指指向正电荷运动的方向，那么，拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。

运动的负电荷在磁场中所受的洛伦兹力，方向跟正电荷受的力相反。

在用左手定则判断时，若四指指向是电荷运动的反方向，那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。

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。

【例6】、如图所示，一个带正电q的小带电体处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为B，若小带电体的质量为m，为了使它对水平绝缘面正好无压力，应该（  ）

（已知洛伦兹力大小为f＝qvB）

A．使B的数值增大

B．使磁场以速率v＝

，向上移动

C．使磁场以速率v＝

，向右移动

D．使磁场以速率v＝

，向左移动

解析：

为使小球对平面无压力，则应使它受到的洛伦兹力刚好平衡重力，磁场不动而只增大B，静止电荷在磁场里不受洛伦兹力，A不可能；磁场向上移动相当于电荷向下运动，受洛伦兹力向右，也不可能平衡重力，故B、C也不对；磁场以V向左移动，等同于电荷以速率v向右运动，此时洛伦兹力向上。

当qvB＝mg时，带电体对绝缘水平面无压力，则v＝

，选项D正确。

2019-2020年高中物理3.5《探究洛伦兹力》学案粤教版选修3-1

1．关于带电粒子所受洛伦兹力f、磁感应强度B和粒子速度v三者方向之间的关系，下列说法正确的是

[]

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

2．下列说法正确的是

[]

A．运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定受到洛伦兹力作用

B．运动电荷在某处不受洛伦兹力作用，则该处的磁感应强度一定为零

C．洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能，也不能改变带电粒子的动量

D．洛伦兹力对带电粒子不做功

3．如图16－51所示的正交电场和磁场中，有一粒子沿垂直于电场和磁场的方向飞入其中，并沿直线运动（不考虑重力作用），则此粒子

[]

A．一定带正电

B．一定带负电

C．可能带正电或负电，也可能不带电

D．一定不带电

4．如图16－52所示，匀强电场方向竖直向下，匀强磁场方向水平向里，有一正离子恰能沿直线从左到右水平飞越此区域，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

参考答案

1．B2．D3．C4．BD

3.5探究洛伦兹力

★新课标要求

（一）知识与技能

1、知道什么是洛伦兹力。

2、利用左手定则会判断洛伦兹力的方向。

3、知道洛伦兹力大小的推理过程。

4、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。

5、理解洛伦兹力对电荷不做功。

6、了解电视机显像管的工作原理。

（二）过程与方法

通过洛伦兹力大小的推导过程进一步培养学生的分析推理能力。

（三）情感、态度与价值观

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”

★教学重点

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。

★教学难点

1、理解洛伦兹力对运动电荷不做功。

2、洛伦兹力方向的判断。

★教学方法

实验观察法、讲述法、分析推理法

★教学用具：

电子射线管、电源、磁铁、投影仪、投影片

★教学过程

（一）引入新课

教师：

（复习提问）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

学生上黑板做，解答如下：

若已知上图中：

B=4.0×10-2T，导线长L=10cm，I=1A。

求：

导线所受的安培力大小？

学生解答：

2019-2020年高中物理3.5《探究洛伦兹力》教案粤教版选修3-1

答：

导线受的安培力大小为4×10-3N。

（2）电流是如何形成的？

学生：

电荷的定向移动形成电流。

教师：

磁场对电流有力的作用，电流是由电荷的定向移动形成的，大家会想到什么？

学生：

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。

［演示实验］用阴极射线管研究磁场对运动电荷的作用。

如图3.5-1

教师：

说明电子射线管的原理：

从阴极发射出来电子，在阴阳两极间的高压作用下，使电子加速，形成电子束，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。

学生：

观察实验现象。

实验结果：

在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将蹄形磁铁靠近阴极射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。

学生分析得出结论：

磁场对运动电荷有作用。

（二）进行新课

洛伦兹力的方向和大小

教师讲述：

运动电荷在磁场中受到的作用力称为洛伦兹力。

通电导线在磁场中所受安培力实际是洛伦兹力的宏观表现。

我们用安培定则判断安培力的方向，因此可以用安培定则判断洛伦兹力的方向。

（投影）

左手定则：

伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都和手掌在一个平面内，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向正电荷运动的方向，那么，大拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。

如果运动的是负电荷，则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。

［投影片出示练习题］

（1）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。

甲乙丙丁

学生解答：

甲中正电荷所受的洛伦兹力方向向上；

乙中负电荷所受的洛伦兹力方向向上；

丙中正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸内；

丁中负电荷所受的洛伦兹力的方向垂直于纸面指向纸外

教师：

下面我们来讨论B、v、F三者方向间的相互关系。

如图所示。

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。

教师：

现在我们来研究洛伦兹力的大小。

若有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，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。

教师：

这段导体所受的安培力为多大？

学生：

F安=BIL

教师：

电流强度I的微观表达式是什么？

学生：

I的微观表达式为I=nqSv

教师：

这段导体中含有多少自由电荷数？

学生：

这段导体中含有的电荷数为nLS。

教师：

每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为多大？

学生：

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

教师：

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？

学生：

教师指出：

上式中各量的单位：

为牛（N），q为库伦（C），v为米/秒（m/s），B为特斯拉（T）

思考与讨论：

同学们讨论一下带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力对带电粒子是否做功？

说明理由。

教师引导学生分析得：

洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面即洛伦兹力垂直于速度方向，因此，洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，所以洛伦兹力对电荷不做功。

投影片出示练习题：

练习1、电子的速率v=3×106m/s，垂直射入B=0.10T的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？

学生分析求解，教师巡回指导：

f=qvB=1.60×10-19×3×106×0.10=4.8×10-14N

练习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

学生分析解答：

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。

（三）课堂总结、点评

教师活动：

让学生概括总结本节的内容。

请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。

学生活动：

认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。

点评：

总结课堂内容，培养学生概括总结能力。

教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。

（四）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

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

★教学体会

思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。

学生素质的培养就成了镜中花，水中月。