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1、磁场对运动电荷的作用力【教学目标】1知道什么是洛伦兹力，理解安培力和洛伦兹力的关系。2知道洛伦兹力产生条件，会用左手定则判定洛伦兹力的方向。3应用公式F=qvBsin解答有关问题。4领略科学探究的方法，体验洛伦兹力大小和方向有关规律的探究。5应用洛伦兹力有关知识解释生产生活中有关的一些问题。【板书设计】【教学仪器】黑白电视机、小磁铁、蹄形磁铁、大头针、摄像头、实物展示台、阴极射线管、高压线圈。【教学流程】一、引入课题1极光师：同学们，知道我们今天使用的课件背景是一种什么天文现象吗？生：极光。师：下面，就让我们一起来欣赏一下神秘而又美丽的极光。播放：极光图片。问题：通过这些图片，你能发现极光一般
2、出现在什么地方吗？生：两极等高纬度地区。师：为什么极光不能在赤道等低纬度地区出现呢？2黑白电视机实验师：接下来，我们一起再来做一个有趣的实验。通过摄像头，把这位男同学的图像信号送到电视机里；为了把屏幕上的内容看得更清晰，我们可以通过实物投影仪放大到大屏幕上。演示：手指头（粘有小磁铁）靠近电视机荧光屏。师：现在，我把手指头靠近电视机的荧光屏。（稍停）我们看到，这位同学的模样本来挺端庄的，现在却走样了，为什么会出现这种现象呢？是老师的手指头具有魔力吗？演示：手指头面向学生（生：磁铁），靠近大头针，磁铁把大头针吸起来。3要解开上述两个问题，钥匙就是：磁场对运动电荷的作用力。（板书）二、与安培力关系1
3、提出问题、理论分析讨论：首先，请同学们思考：磁场对运动电荷会有作用力吗？并说说你的依据。生：因为磁场对电流有作用力安培力，而电流又是电荷的定向移动，所以磁场对运动电荷有作用力。师：很好。磁场对运动电荷究竟有没有作用力，我们口说无凭，能否通过实验来验证一下呢？2实验验证师：要验证磁场对运动电荷是否有作用力，我们不仅需要一个磁场（展示蹄形磁铁），还需要运动电荷。那么运动电荷怎么得到呢？展示：阴极射线管（结合动画）介绍：阴极射线管的玻璃管内已经抽成真空，当左右两个电极按标签上的极性接上高压电源时，阴极会发射电子。在电场的加速下飞向阳极，电子束掠射到荧光板上，显示出电子束的轨迹。演示：没有磁场时电子束
4、是一条直线。用一个蹄性磁铁在电子束的路径上加磁场，尝试不同方向的磁场对电子束径迹的不同影响，直至出现电子束在磁场中偏转。结论：看来，磁场对运动电荷的确有作用力，我们把这一个作用力命名为洛伦兹力。（板书：安培力与磁场对运动电荷作用力的关系）3介绍洛伦兹课件：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“我们是时代最伟大、最尊贵的人”。三、产生条件1问题：师：磁场对运动电荷一定有作用力吗？为什么？生：根据安培力和洛伦兹力的关系，假设有大量的电荷在做同种运动，可以根据磁场对电流有无作用力判断得出磁场对电荷有无作用力。2
5、图例：师：你能判断一下，下列位于磁场中的电荷受到洛伦兹力吗？为什么？3小结师：你能总结一下洛伦兹力产生的条件吗？生：V0、V不B（板书）四、方向1问题师：作为一种力，洛伦兹力是有方向的，那么，我们怎样来确定它的方向呢？2猜想师：猜想一下，洛伦兹力的方向跟哪些因素有关呢？生：根据安培力和洛伦兹力的关系，与电荷的正负、运动方向、磁场方向有关。3验证：演示：在阴极射线管实验中，改变磁场的方向，发现电子束的偏转方向相反。（限于实验条件，我们没法验证其它因素。实验结果通过课件保留于屏幕上。）4探究师：对照屏幕上的两幅图，想想看，洛伦兹力的方向该如何判定呢？请同学们讨论一下。学生讨论后，请学生边用左手演示
6、，边叙述左手定则的内容；对其中可能出现的错误可以请其他同学纠正。5实验演示：用纸包掉的条形磁铁靠近阴极射线管，使阴极射线发生偏转。师：你能判断一下条形磁铁哪一端是N极，哪一端是S极吗？生：运用左手定则判定6小结洛伦兹力的方向同样可以用左手定则来进行判定（板书）。7深化师：刚才，我们在判定洛伦兹的方向时，我们注意到电荷运动方向、磁场的方向、洛伦兹力的方向具有三维关系。为了帮助同学们更好地把握它们之间的关系，下面我们运用三维图再来分析一下洛伦兹力和电荷运动方向、磁场方向的关系。课件：图一：判定洛伦兹力的方向；图二：当磁场方向与电荷运动方向不垂直时，怎么办？生：分解速度（结合动画）师：通过这两幅三维
7、图，你能总结一下F、B、V三者之间的方向关系？生：F与B始终垂直、F与V始终垂直，而B与V不一定垂直。（结合动画、板书）8练习五、大小1问题：师：刚才我们研究了洛伦兹力的方向，那么洛伦兹力大小等于多少呢？2思路师：我们能否根据已有的知识，从理论上进行推导呢？生：根据安培力和洛伦兹力的关系。3建模这就需要我们建立一个模型。而模型的建立，我们总是选择简单的，所以：磁场：匀强磁场电流：通以恒定电流的直导线，并与磁场垂直取其中一小段（L、S），放大后应该有大量的做定向移动的自由电荷。为了研究问题比较方便，我们可以把负电荷的定向移动等效成正电荷的反方向定向移动。从宏观上看，这一段导体受到一个向上的安培力
8、；从微观上看，每一个定向移动的电荷都受到洛伦兹力；而这一段导体中定向移动的电荷受到洛伦兹力的合力就是安培力。4推导：学生推导F洛=qvB5交流选择具有代表性的同学，把他的推导过程用实物投影仪展示到大屏幕上，再请这位同学简叙推导过程。F安=BILI=Q/tQ=nLSqL=vtF安=nLSF洛F=BILI=NqL=vtF安=NF洛指出：此N非彼n6推广某带电粒子的电量为q=10-14C，以速率V=106m/s射入B=10-2T的匀强磁场中，求它受到的洛伦兹力f多大？生：10-10N。师：对吗？生：应该是010-10N。（从一般情况出发，结合动画分析）归纳：洛伦兹力F=qvBsin，其中为B与v的正
9、方向夹角。（板书）六、特点上面，我们研究了洛伦兹力的大小和方向，接下来，我们来归纳一下洛伦兹力的特点。我们知道，电场能用来加速电荷，那么，能用磁场来加速电荷吗？生：不能，因为FV，所以Wf=0（板书）七、与电场力比较1问题：看来电场力和洛伦兹力各有千秋，你能比较一下电场力和洛伦兹力的异同吗？2比较：条件、方向、大小、做功、运动（板书）。八、应用其实，洛伦兹的应用是非常广泛的。比如，在电视机的显象管中。1电视机实验介绍：电视机屏幕要显示出图象，必须要有电子打到荧光屏的各个地方上。那么，电子从哪里来呢？显象管的电子枪能产生大量的高速运动的电子电子束。但是电子都沿同一个方向运动，有什么办法可以使电子
10、打到荧光屏的各个地方呢？生：加一水平的偏转磁场。思考：该怎么加才能使电子打到荧光屏上的A点呢？若要打到B点呢？若要使电子打到荧光屏的位置从B点逐渐向A点移动呢？生：向外、向内、向内减弱至向外增强。演示：拖动变阻器，光点位置在荧光屏上从B点逐渐向A点移动师：这样，在电视机屏幕上就有光点从左边移动到右边，这在电视技术中叫做行扫描。但是，实际的电视应该电子束打到荧光屏的整个面，而不是一条线，我们该怎么办呢？生：加一竖直的偏转磁场。演示：拖动变阻器，光点在荧光屏上上下移动。师：这在电视技术中叫做场扫描。如果场扫描和行扫描同时进行，想象一下，光点的运动情况会是怎么样的呢？动画：扫描（场扫描：50场/秒，
11、所以我们感到整个荧光屏都在发光）师：现在，你能解释我们上课开始时那个有趣的电视机实验了吗？为什么你的模样会发生变化呢？2极光现象问题：极光是来自太阳的高能粒子进入大气后，与大气发生作用而产生的。为什么在赤道却从来没有它的身影呢？生：解释垂直射向赤道（向东偏转）和两极（长驱直入）的正电荷，并得出结论。师：至于有的时候高纬度地区也有极光出现，有兴趣的同学课后可以通过上网等方式查阅。地磁场使得在赤道等低纬度地区没有极光的身影，这的确是一种遗憾，但是，也正因为地磁场的存在，使我们人类的生产生活免遭宇宙高能粒子的伤害。视频：来自太阳的高能粒子射向地球。3其他其实洛伦兹力的应用是非常广泛，在以后我们还将会学习到：速度选择器、磁流体发电机、质谱仪、回旋加速器等。
