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1、运动电荷在磁场中受到的力教案编辑：苑继锋 诸城一中一、教案背景：1、面向学生：诸城一中高二学生 2、学科：高二物理 3、课时：1 课时4、学生课前准备：电子射线管、电源、蹄形磁铁、投影仪、小黑板、彩色水笔。二、教学课题本节课可分三部分：首先通过观察演示实验，讨论洛伦兹力的方向，这一部分是学生的一个实验探究活动。然后将安培力看作是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现，通过安培力公式导出洛伦兹力的公式，这一部分是学生的一个理论探究活动。最后，研究带电粒子在磁场中的运动，这一部分是学生的一个理论分析和实验验证的探究活动。教材的这种安排，符合了新课程标准，起到了承上启下的作用，使物理学习能连续进行；符合
2、学生的发展的要求；体现了教材重视课堂教学中的师生互动，学生自觉参与活动和学生合作探究的新课程教学理念，对应的目标是：1、知识目标(1)知道什么是洛伦兹力。知道电荷运动方向与磁场方向平行时，电荷受到的洛仑兹力等于零。(2) 会利用左手定则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。2、能力目标通过洛伦兹力大小的推导过程培养学生的分析推理能力，培养学生的迁移能力。3、德育目标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
3、，受到洛伦兹力大小的计算。【教学难点】洛伦兹力方向的判断。【教学方法】讲述法、分析推理法、讲练法。在教学中以实验探究方法为主，辅之讲授法、演示法、讨论法等多种教学方法，教学中注重启发学生的思维，培养学生间协作精神，加强师生间的双向活动。 三、教材分析 物理学体系中本章是经典电磁学理论的基本内容，而本节课是安培力的延续，又是后面学习带电体在磁场中运动的基础，反应磁场和运动电荷的相互作用，是学生后面了解现代科技回旋加速器，质谱仪，磁流体发电机等的基础，还是力、电、磁综合问题分析中重要的一部分。从新课程改革以来，几乎每年高考都有涉及洛仑兹力的计算大题，由此，足以说明其重要性。 学生已具备力学、电磁学
4、相关知识，学习完磁场对通电导线作用即安培力。并且也熟悉一直以来物理学的“提出问题 猜想假设 实验验证”的科学探究方法。而且高二的学生已经有了一定的观察、分析、推理能力及空间想象能力，是学习洛仑兹力的能力基础 。但是由于日常生活中我们无法用肉眼观察到运动电荷，学生对电荷在磁场中的运动缺乏感性认知。而我们的学生习惯于形象思维，对微观的物理知识意识较薄弱，知识的系统性也不足。 四、教学过程：第一部分：课前自主学习 主动落实学案（点擂台对学生检测）1、安培力的定义：2、安培力的大小： 当 BI 时 ： F= 当 B 与磁场的夹角为 时：F= 如何推导：3、安培力方向如何的判定：4、判断安培力的方向5、
5、通电导线中的电流是怎样形成的呢?6、洛伦磁力的定义：7、洛伦磁力的方向判定：8、运动电荷的速度方向与磁场方向垂直时：F= 运动电荷的速度方向与磁场方向的夹角为 ，运动电荷所受的洛伦兹力公式F= 第二部分：课堂互动探究 整合提升新课导学实验探究一：提出问题 猜想假设 实验验证 1、新课引入（提出问题-猜想假设-实验观察）IB30IB大自然是美丽的，是五彩缤纷的，现在让我们先来领略它的美展示：极光图片 百度 搜 索http:/ 1：垂直于磁场的电流在磁场中受到什么力？答案：安培力问题 2：电流是怎么形成的？如果通电导线的电流为零，作用力是多少呢？答案：自由电荷的定向移动。如果通电导线的电流为零，力
6、为零。磁场对电流有力的作用，而电流是由大量自由电荷的定向移动形成的，我们自然就会猜想到：这个力很可能是作用在运动电荷上的，思考与讨论：如何才能验证运动电荷在磁场中是否会受到力的作用？答案：看运动电荷在磁场中的轨迹是否会发生偏转。我们知道“实践是检验真理的唯一标准”，为了验证我们的猜想是否正确自然就需要做实验仪器介绍：阴极射线管原理：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。课件：洛伦兹是荷兰伟大的物理学家，他的最大贡献就是他的电子论。爱因斯坦对他有很高的评价，他说，他的一生受洛伦兹的影响最大，称洛伦兹是“我
7、们是时代最伟大、最尊贵的人”。百度搜索：洛 伦茨http:/ 3：不加磁场和加上磁场时电子的轨迹有何变化？演示：百度搜索:（视频实验）http:/ 安培力和洛伦磁力的关系：安培力是各电荷的洛伦兹力的合力探究二：洛仑兹力方向（提出问题-猜想假设-实验验证 练习 总结）提出问题：问题 1、安培力的方向如何判定？洛伦磁力和安培力什么关系？答案：左手定则，（具体内容）安培力是各电荷的洛伦兹力的合力问题 2、电流的方向是怎么规定的？答案：正电荷定向移动的方向问题 3、如何来判断洛伦兹力的方向呢？我们回顾一下电流形成和电流方向的规定；安培力方向的判定方法：左手定则。根据上面实验的一束电子流在磁场中的偏转情
8、况，洛伦兹力又是安培力的微观表示，你能否分析得到一个判断洛仑兹力方向的方法呢？ 猜想假设：磁场对电流的作用力实质上就是磁场对运动电荷作用力。也就是说洛伦兹力可能与电荷的运动方向、磁场方向有关。安培力的方向用左手定则来判断，洛伦兹力是否也可以采用同样方法。 我们自然也会猜想到：洛伦兹力的方向是否也应该遵循左手定则？假设洛伦兹力的方向真的符合左手定则，那么我们就应该让四指指向正电荷的运动方向。其他条件不变。那么我们就按照假设一起动手来比划比划。学生活动：洛伦兹力方向的判断左手定则伸开左手，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
9、，拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。问题 4：若是负电荷在磁场中运动，那么其洛伦兹力的方向如何判断？答案：让四指指向负电荷运动的相反方向。实验验证：下面我们依然通过实验来验证我们的猜想是否正确，我们先用左手定则判断方向再做实验证实。实验证实洛伦兹力的方向的确也遵循左手定则，猜想正确。这也说明：提出猜想 进行实验 获得结论 这种科学研究的方法是非常有效的。百度搜索：实验验证（磁场方向、电子的运动方向及洛伦兹方向间的关系）B+FVhttp:/ 5、磁场方向、电子的运动方向及洛伦兹方向间的关系如何？磁场的方向一定与电荷运动的方向垂直吗？问题 6、以相同速度垂直进入同一匀强磁场的正、负电荷受
10、到的洛伦兹力方向关系呢？答案：B 和 V 方向不一定垂直，F 洛必垂直于 B、V 确定的平面。 古诗有云：“纸上得来终觉浅，觉知此事要躬行”，就是告诉我们“光说不练是不行的”，要想深刻的掌握所学的理论就必须亲自动手操作，理论与实践要相结合嘛！现在我们就来练一练：请同学们上黑板来展示你们的风采：针对训练：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。总结练习：今天同学们共同研究得出洛仑兹力方向使用左手可以判定，总结刚才左手判断的方法，就是左手定则，通过练习提醒学生注意：电荷所受的洛伦兹力既垂直于磁场方向，又垂直于电荷运动方向。即垂直于磁场方向和电荷运动方向所决定的平面。若不垂直怎样
11、，设疑引思考。总结：洛伦兹力的方向判断方法：洛伦兹力方向的判断左手定则方向的关系：B 和 V 方向不一定垂直，F 洛必垂直于 B、V 确定的平面。探究三：洛仑兹力大小（建立模型 小组讨论 得出结论 知识拓展-能力提升） 建立模型：以上的我们讨论了洛仑兹力的方向跟磁场方向和运动电荷的速度方向有关。小组讨论：安培力是洛仑兹力的宏观表现，要确定洛仑兹力大小，首先要从微观角度上分析确定电流强度大小。猜想：洛伦兹力大小可能会与哪些因素有关呢?【小组合作】（洛伦兹力的定量推导）：百度搜索：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
12、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 的匀强磁场中。求：1有一段长度为 L 的通电导线内的粒子总数 N= 2通过截面电流的微观表达式 I= 3导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为 B 的匀强磁场中，导线受到的安培力 F= 4每个电荷所受的洛伦兹力 = 洛F总结：洛伦兹力的大小：F 洛=qvB (电荷 q 所受的洛伦兹力) 公式中各量的国际单位：F 为 N，q 为 C，v 为 m/s，B 为 T。 适用条件： （BV 时 ） 得出结论：F 洛=qvB （BV 时） F 洛=0 （BV 时） 巩固练习：电子以 v3106 m/s 的速率垂直射入 B0.10 T 的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？解：FqvB1.60101931060.10N4.81014 N。注意：就算时，电量不带符号。问题 5：现在你知道为什么地磁场对地球有保护作用了吗？答案：运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用，运动方向会发生偏转，这一点对于地球上的生命来说
