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6.2磁场对运动电荷的作用教案(鲁科版选修3-1)

6.2磁场对运动电荷的作用教案(鲁科版选修3-1)

第二节磁场对运动电荷的作用

【教学目的】

(1)通过实验认识洛仑兹力,知道什么叫做洛仑兹力;通过实验了解到洛仑兹力的方向与哪些因

素有关,会用左手定则判定洛仑兹力的方向。

(2)知道当v与B垂直时,运动电荷受到的洛仑兹力最大,F=qvB;当v与B平行时,运动电荷

受到的洛仑兹力最小为零;会在v与B互成角度时利用分解求洛仑兹力的大小。

(3)了解假说思维方式对科学理论发展的重要作用,认识到这种思维方式有坚实的理论和实践基

础。学会用这种方式进行科学思维。

二、教学重点:使学生掌握运动电荷在磁场中所受洛仑兹力大小的决定因素、计算公式以

及方向的判定

【教学难点】

能熟练地运用左手定则判断运动电荷(尤其是负电荷)受到的洛仑兹力的方向,

【教学媒体】

马蹄形磁铁、高压直流电源(15KV)、导线、阴极射线管(磁效应管)。

【教学安排】

【新课导入】

(1 Array)复习上

节课所

讲内容

(能够产

生磁场

的物质,

磁场能对哪些场中的物体产生力的作用)

(2)既然通电导线的实质是运动的电荷。那么通电导线的受力也就就意味着运动电荷在磁场中会受到磁

场力的作用,我们把这种力叫做洛仑兹力。(补充板书:磁场→运动电荷——受力方向/大小)

【新课内容】

实验证明洛仑兹力的存在。

展示磁效应管,说明实验装置和实验原理。

连接电路,观察高速电子流的运动方向和轨迹。并板画出平面视图。

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将马蹄形磁铁靠近电子流,观察其径迹的方向变化。

实验说明运动的电子会受到马蹄形磁铁通过磁场施加的作用力。

对比实验:带电的通草球在静止时不受磁场作用。(参书P129/实验与探究)

探索洛仑兹力的方向。

改变马蹄形磁铁的摆放方式,引导学生观察电子流的运动方向改变。这说明洛仑兹力的方向与什么有关?让大家猜想洛仑兹力的方向还与什么有关?(电子的运动方向/实验证实)将各种情况下的磁场、电子运动方向和偏转轨迹(标明洛仑兹力方向)都画成平面视图。引导学生观察并思考洛仑兹力的方向有何规律。提示:思考电子运动和电流的关系。

归纳学生的表述,给出:洛仑兹力也可以用左手定则来表示。伸出左手,使拇指与其余四指垂直,让磁感线垂直穿过掌心,四指指向正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向(都是电流的方向),则大拇指指的就是洛仑兹力的方向。并板书结果。

课堂巩固练习:手册P130/1。

(3)洛仑兹力的大小。请大家猜想洛仑兹力的大小与哪些因素有关?要说出理由。(引导学生从安培力的大小中思考。

分析出:1、当电荷运动方向与磁场平行时,不受洛仑兹力。垂直时受力最大。

2、电荷电量越大,运动速度越快,相当于电流越大,所以受力也越大。

3、磁场越强,受力越大。

演示实验证实猜想:改变磁场与速度的夹角,观察粒子的偏转减弱,说明洛仑兹力减小。增强磁场并保持磁场与速度垂直,发现偏转增强,说明洛仑兹力增大。

综上分析,进行理论推导。对于流动的物体,此处为运动电荷,可以采用设定时间t,若电荷运动方向与磁场垂直,则电流与磁场垂直。F=IBL,此时F为导线中n个电荷所受洛仑兹力的总和。研究t 时间内的电量(Q=It),电流受力F=IBL=QBL/t,其中Q=nq,L/t=v,所以f=F/n=qBv。

强调f=qBv只能用于速度与磁场垂直的情况。

例题:书P132/例——要求通过例题掌握公式,并复习巩固加速电场的计算方法以及了解质子、电子、α粒子和正、负离子的意思。并知道对带电粒子而言,电场力和磁场力都远大于重力,通常都可以忽略不计。

随堂巩固:

手册P129/例1、2巩固立体图的画法、了解加入洛仑兹力之后怎么进行受力分析。P130/4、5

洛仑兹力对运动电荷的作用。洛仑兹力总是与速度垂直,与磁场方向也垂直,即垂直于速度和磁场构成的平面。所以,请大家注意,无论粒子怎么飞入磁场,磁场对运动电荷的洛仑兹力大小如何,洛仑

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兹力对运动电荷不做功——不改变速度的大小,只改变速度的方向。粒子的速度大小要是改

变了,一定是其他力做功造成的。

例:手册P131/7

生活中的洛仑兹力:

1、极光(aurora):在晴朗的夜晚,北极地区和南极地区的上空会浮现和闪耀绚丽多彩的道道强光,通常黄绿相映,有时还出现红、蓝、紫色,其强度作时慢时快的浮动,这就是极光。极光出现时,景象壮观,道道极光平行列成长排,好似光彩熠熠的帷幕。极光起因于太空中带电粒子与地球大气层中原子和分子的碰撞。极光现象与太阳表面活动有密切联系。太阳常发生大量炽热气体的猛烈喷发(耀斑现象),此时有大量的高能带电粒子流射入太空,部分进入地球大气层被吸引到地球磁极附近,随即出现极光现象。当宇宙中的高能粒子进入地球磁场的区域时,其中的带电粒子如果是向下进入地磁场的,则在赤道上,南北方向的地磁场的作用力下正电荷向东,负电荷向西偏,而向东的正电荷,向西的负电荷都向上偏转,离开地球,不会落向地面。要是粒子在南北半球,则地磁场有向上和向下分量,会使粒子向南北极偏转,从而落向南北极。当这些运动电荷与大气层中的原子、分子碰撞时,会撞出原子和分子中的电子。在游离电子与离子结合时,便发出强光。所以地磁场保护了人类聚居区不受强电磁辐射的危害。是地球除大气之外的又一保护层。

2、显象管(picture tube):能够将电信号转换为光图像的电子束管。可分为黑白显像管和彩色显像管两大类。显像管由电子枪、荧光屏和玻璃外壳三部分组成,如图所示。电子枪位于细圆柱形管颈内,它发射出高速电子束撞击到荧光屏上。在荧光屏内表面涂敷有荧光粉,当

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电子枪发射出的高速电子撞击荧光屏时,屏上的荧光粉便会受激发光。显像管结构原理图显像管屏幕从正面看近似长方形,显像管的尺寸是指屏幕对角线的长度。电视机的质量指标如图像的清晰度、灰度、对比度、亮度、色度等最终都要表现在显像管上,因此,要获得高质量的电视图像,就必须要有一个高质量的显像管。如果没有磁场,电子枪射出的高能粒子只能在屏幕正中心打出一个亮点。而我们在颈部加上磁场如左图所示,请大家判断一下,当如图加上电流时,电子如何偏转?若线圈位置与图中垂直,为上下线圈,则电子又如何偏转。以往所学中有没有类似的器材(示波器),它的工作原理是什么(在匀强电场中偏转)。两者的差别是什么?(示波器为电偏转,在电场中做类平抛运动,离开电场后直线前进;电视机为磁偏转,运动类型不可能为平抛,因为粒子所受洛仑兹力是变力,其方向随速度方向不断变化。

【课后作业】

书P133/1、4

【课后反思】