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磁场对运动电荷的作用(教案) 洛仑兹力重庆市涪陵实验中学校 高二物理组 代安全 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。教学难点建立相关物理模型,导出公式f=qvB。教学方法启发、实验观察结合讲解、讨论。教学媒体阴极射线管、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。课时课型一课时、新课。教学过程(40分钟)一、课题导入(5分钟左右)1、安培力的启示(导课):磁场对电流具有磁场力的作用(安培力),电流是由于电荷定向运动形成的,由此可猜想:磁场对电流的作用是磁场对运动电荷作用的体现。2、演示实验、验证猜想:介绍(简介)阴极射线管及工作原理。观察阴极射线(电子束)在磁场中发生明显的偏转现象。教师提问:这一现象表明什么?师生总结:阴极射线(电子束)在磁场中偏转,说明电子束在磁场中确实受到某种力的作用,这个力就是今天我们要学习的洛仑兹力。二、新课教学(30分钟左右)(一)洛仑兹力物理学中把磁场对运动电荷的作用力(磁场力)称为洛仑兹力(物理学家洛仑兹最先提出这一观点)。(二)洛仑兹力的方向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。2、用左手定则确定洛仑兹力的方向(便于记忆)教师示范:伸开左手,使大拇指跟其于四个手指垂直,且处于同一水平面内,将左手放入磁场中,让磁感线从手心穿进,四指指向正电荷的运动方向,那么大拇指所指的方向就是正电荷受洛仑兹力的方向(在黑板上画出示意图)。教师提问:如果是负电荷在磁场中运动,洛仑兹力的方向如何?为什么?启发学生思考,师生共同按如下思路分析:负电荷定向运动形成电流方向如何?受到的安培力的方向如何?由此得出负电荷受洛仑兹力方向的判定方法(在黑板上画出示意图)。以阴极射线束在磁场中的偏转加以验证,使学生体会这一方法的应用。(三)洛仑兹力的大小1、教师提出问题,学生分析讨论:如何定量描述洛仑兹力的大小?2、建立物理模型,引导学生思考,师生共同推导:设导线长L,放在磁感应强度为B的匀强磁场中,导线中电流大小为I,电流方向跟磁场方向垂直,由此可知:F安=BIL设形成电流的电荷是相同的正电荷,电量为q,以等速v作定向运动(为研究的方便而设定如此情形,跟实际效果相同),导体横截面积为S,单位体积内的电荷数目为n,由此可见: I=nqvS从微观角度看,导体中运动的电荷受洛仑兹力作用,所有运动电荷受洛仑兹力的总体效应表现为导线受的安培力,设每个运动电荷的洛仑兹力为f,由此必然有: (LSn)f=F安由得:f=qvB3、引导学生分析f=qvB的适用条件教师提问:运动电荷在磁场中一定受洛仑兹力的作用吗?为什么?f=qvB的适用条件如何?师生共同总结:当电荷运动方向与磁场方向平行时,运动电荷虽然在磁场中,但不受洛仑兹力作用(为什么?)。当电荷运动方向与磁场方向垂直时,运动电荷受洛仑兹力最大fmax=qvB。三、本课时小结(23分钟)1、对学生强调洛仑兹力方向的特点:洛仑兹力方向跟磁场方向垂直;洛仑兹力方向跟电荷运动方向垂直。2、应用左手定则时,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。四、巩固与练习教材P179(1)题。地磁场对宇宙射线的“屏蔽”作用。五、思考与讨论(用投影仪打出思考题,供学生课后思考和讨论)1、当导线中无电流时,导线放在磁场中,但不受安培力作用。可是导线中的自由电荷却在不停地做无规则的(热)运动,速率非常大,可见每个电荷要受洛仑兹力作用,即是说 从微观角度看导线应该(好象)受安培力的作用,对此你作何解释?2、带电粒子在磁场中运动时,洛仑兹力对带电粒子是否做功?为什么(为下节课的学习埋下伏笔)?六、作业布置教材P178(2)题(3)题。教学后记1、根据通电导线在磁场中受安培力作用,推测安培力可能是由于磁场对运动电荷的作用,再由演示实验加以验证,学生容易接受,且对实验现象表现出浓厚的兴趣。由此可见,演示实验在教学中的作用不可低估。2、 负电荷所受洛仑兹力方向的判定,学生不易记住,在今后的教学中还应强化。 板书设计磁场对运动电荷的作用(一)洛仑兹力磁场对运动电荷的作用力叫洛仑兹力。(二)洛仑兹力的方向方向特点:与磁场方向垂直;与电荷运动方向正交。左手定则:(三)洛仑兹力的大小F安=BILI=nqvLSnf=F安f=qvB
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