3.5《运动电荷在磁场中受到的力》
高中物理 选修 3---1
一 【说教材 学情分析】
普通高中课程标准实验教科书物理选修3—1第三章第五节《运动电荷在磁场中受到的力》既是安培力知识的延续，又是下一节《带电粒子在匀强磁场中的运动》的铺垫。
　　高二的学生已具有一定的观察能力和逻辑推理能力，对现象──猜想──理论推导──实验验证等科学研究方法有一定的基础，本节课通过实验创设各种问题情景、引导，激发学生学习的兴趣，促进学生思维，为日后的学习及进行其它问题探究奠定基础。
二 【教学目标】
1．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。

2．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。
 
3．情感态度与价值观：
 
　　培养学生的科学思维和研究方法，培养学生的观察、分析、推理能力。激发学生热爱学习、探索宇宙的欲望。
三 【教学重点、难点】
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。
四 【实验器材及教学媒体的选择与使用】
阴极射线管、多媒体投影系统
 
五 【教学方法】
 
　　讲授法、实验法、讨论法。
六 【教学过程】
引入新课：
 
　　观看神奇的极光短片。
 
　　请问这些美丽的极光一般出现在什么区域？（地球的南、北极地区）
 
简单介绍极光，并提出疑问：运动电荷在磁场中是否受到力作用？是什么力？方向如何？大小如何？带着一些列的疑问我们走进课堂。
人类首次拍到南北极光“同放光彩”奇景
复习回顾
方向:
运用左手定则判断安培力的方向
安培力:
1、磁场对通电导线的作用力
大小:
左手定则
θ为B和I
之间的夹角
2、通电导线中的电流是怎样形成的呢?
【思考】既然磁场对电流有力的作用,而电流是由电荷的定向移动形成的.那么磁场是否对运动电荷也有作用力呢?
电荷的定向移动形成的
为什么磁场对通电导线有作用力?
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。
让事实说话
实验现象：
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。
结论：磁场对运动电荷有作用力.
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”。
荷兰物理学家 洛伦兹
(Lorentz， 1853—1928)
运动电荷在磁场中受到的力，磁场对运动电荷的作用力
磁场对电流有安培力的作用,而电流是由电荷定向运动形成的,且磁场对运动电荷有洛伦兹力的作用.所以安培力是洛伦兹力的宏观表现.
（一）、洛伦兹力的定义
为什么磁场对通电导线有作用力?
安培力
洛仑兹力
磁场对电流的作用
磁场对运动电荷的作用
因
果
微观原因
宏观表现
1.判定安培力方向。
2.电流方向和电荷运动方向的关系。
3.安培力方向和洛伦兹力方向的关系。
4.电荷运动方向、磁场方向、洛伦兹力方向的关系。
想一想
（二）、洛伦兹力的方向
左手定则：伸开左手,使拇指与其余四指垂直且处于同一平面内;让磁感线从掌心进入,使四指指向正电荷运动的方向,拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向
如果是负电荷,我们应如何判定洛伦兹力的方向?
四指的方向
电流的方向
正电荷的运动方向
负电荷运动的反方向
（二）、洛伦兹力的方向
B
F垂直于纸面向外
F垂直于纸面向外
甲
乙
丙
丁
训练巩固：试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力的方向
B
B
B
1、以相同速度进入同一磁场的 正、负电荷受到的洛伦兹力方向相反
2、洛伦兹力的方向 垂直于v和B组成的平面
心得体会
洛伦兹力大小可能会与哪些因素有关?
当电荷运动方向跟磁场方向垂直时洛伦兹力的大小跟三个因素相关:
1.磁感应强度B
2.电荷量q
3.电荷运动快慢v
（三）、洛伦兹力的大小
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.这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中，求
（三）、洛伦兹力的大小
(1)通电导线中的电流
(2)通电导线所受的安培力

(3)这段导线内的自由电荷数

(4)每个电荷所受的洛伦兹力
单位：F(N)，q(C)，v(m/s), B(T)
电荷量为q的粒子以速度v运动时,如果速度方向与磁感应强度方向垂直,那么粒子所受的洛伦兹力为
(v垂直B)
（三）、洛伦兹力的大小
问题:若带电粒子不垂直射入磁场,粒子受到的洛伦兹力又如何呢?
B
v
F
θ
V2
V1
当运动电荷的速度v方向与磁感应强度B方向的夹角为θ，电荷所受的洛伦兹力大小为
单位：F(N)，q(C)，v(m/s), B(T)
（三）、洛伦兹力的大小
F洛=qvB
=1.60×10-19×3×106×0.10N
=4.8×10-14N
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?
课 堂 练 习
解：因为v垂直B,所以所受洛伦兹力大小
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
CD
课 堂 练 习
根据洛伦兹力的方向与带电粒子运动方向的关系(F⊥V F⊥B) ,请你推测:
1、洛伦兹力对带电粒子运动的速度有什么影响?

2、带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力对带电粒子是否做功?
思考与讨论：
洛伦兹力只改变速度的方向,
不改变速度的大小.
洛伦兹力对电荷不做功.
（四）、洛伦兹力的特点：
2、洛伦兹力只改变速度的方向,
不改变速度的大小.
3、洛伦兹力对电荷总是不做功.
1、洛伦兹力的方向总是既垂直于速度,又垂直于磁场, 即垂直于V和B所组成的平面.
总是:F⊥V F⊥B F⊥SVB
1、构造:
电子枪(阴极)
偏转线圈
荧光屏等
（五）、电视显像管的工作原理
2、原理：应用电子束磁偏转的原理
（五）、电视显像管的工作原理

1、要使电子打在A点,偏转磁场应该沿什么方向?
垂直纸面向外
2、要是电子打在B点,偏转磁场应该沿什么方向?
垂直纸面向里
3、要是电子打从A点向B点逐渐移动,偏转磁场应该怎样变化？
先垂直纸面向外并逐渐减小,
后垂直纸面向里并逐渐增大.
（五）、电视显像管的工作原理
【思考与讨论】
2、原理：应用电子束磁偏转的原理
（五）、电视显像管的工作原理
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
B
课 堂 练 习
以正电荷为例
在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中，有一种能量被称为“太阳风”。这是一束可以覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流，该太阳风在地球上空环绕地球流动，以大约每秒400公里的速度撞击地球磁场，磁场使该颗粒流偏向地磁极下落，它们与氧和氮的原子碰撞，击走电子，使之成为激发态的离子，这些离子发射不同波长的辐射，产生出红、绿或蓝等色的极光特征色彩，形成极光。在南极地区形成的叫南极光。在北极地区同样可看到这一现象，称之为北极光。
1.在图所示的平行板之间,电场强度E和磁感应强度B相互垂直,具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同.这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来,所以叫做速度选择器.若带正电粒子入射速度 ,则下列说法正确的是( )
A、粒子动能一定增加,电场力做正功
B、粒子所受洛伦兹力一定增大,洛伦兹力做正功
C、粒子动能一定减少, 洛伦兹力不做功
D、电场力不做功,洛伦兹力做正功
+ + + + + + + + + + + +
- - - - - - - - - - - -
B
E
+q
A
课 堂 练 习
试证明：带电粒子具有速度 时，才

能沿着图示虚线路径通过这个速度选择器。
【知识应用】：
v
3.在如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。具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器。
（2）若A、B两板相距为d，板间的磁场按匀强磁场处理，磁感应强度为B，等离子体以速度v沿垂直于B的方向射入磁场，该发电机的电动势是多大？
4、如图所示，磁流体发电机是一项新兴技术，它可以把物体的内能直接转化为电能。平行金属板A、B之间有一个很强的磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场，A、B两板间便产生电压。如果把A、B和用电器连接，A、B就是一个直流电源的两个电极。
（1）图中A、B板哪一个是发电机的正极。
N
S
N
S
N
S
N
S
七 【课堂小结】
（板书设计） （让学生去总结本节课的主要内容）
 
　　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
八 作业布置
课后习题

1. 第三题 （巩固新知识，公式应用)

2. 第四题 (加深，拓展）
九 【教学反思】
1．教学各项目标基本完成。
 
　　2．现象——分析推理──猜想──实验验证──得出结论是科学研究最基本的思维方法，要给学生更多的思维空间，探究层次还可深入些。
 
　　3．课堂处理过程要注意关键位置的引导，还应更关注学生的个体差异。
 
　　4．在今后教学中多设置探究题目，让学生探究得出结论，培养学生自主学习的能力，提高教学效率。
说课完毕

谢 谢 各 位