運動電荷在磁場中的作用力教學(xué)設(shè)計

1、課題：磁場對運動電荷的作用力一、教材分析與設(shè)計思想：洛倫茲力一節(jié)承上（安培力）啟下（帶電粒子在磁場中的運動，是本章的核心知識也是教 學(xué)的重點。本節(jié)課由極光現(xiàn)象提出問題，引入新課，結(jié)尾對極光現(xiàn)象做簡單解釋，與引入相呼應(yīng)。在洛倫茲力的方向、大小和作用效果這三個問題的教學(xué)中，突出科學(xué)探究過程中 “猜想與假設(shè)”、“理論推導(dǎo)”和“實驗探究驗證”等環(huán)節(jié)，著重培養(yǎng)學(xué)生動手、動腦和自主學(xué)習(xí)探究從而獲取知識的能力。二、教學(xué)目標(biāo)（一）知識與技能1 .知道什么是洛倫茲力.知道洛倫茲力的方向與電荷的運動方向和磁感應(yīng)強度的方向都 垂直，會用左手定則判斷洛倫茲力的方向。2 .知道計算洛倫茲力大小的公式的推導(dǎo)過程.會計算垂

2、直于磁場方向進(jìn)人勻強磁場的帶電粒子受到洛倫茲力的大小 .4 .知道電視顯像管的基本構(gòu)造及工作的基本原理。（二）過程與方法1 .通過實驗，感知洛倫茲力的存在，探究洛倫茲力方向的判斷方法 .2 .經(jīng)歷由安培力公式推導(dǎo)出洛倫茲力公式的過程，由此體會磁場中通電導(dǎo)線所受的安培力實際上是運動電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。（三）情感態(tài)度與價值觀1 .通過觀察、分析、推理、實驗 ，認(rèn)真體會科學(xué)研究最基本的思維方法 ：“推理一猜想一 實驗驗證”.2 .通過了解極光產(chǎn)生的原因和顯像管中的磁偏轉(zhuǎn)原理，懂得物理與生活的息息相關(guān)，感悟物理知識的應(yīng)用價值.三、教學(xué)重點：1 .用左手定則判斷洛倫茲力的方向 .2.洛倫茲力大小

3、的公式 F=qvB的推導(dǎo).四、教學(xué)難點：2 .探究洛倫茲力方向與磁場方向、運動方向之間的關(guān)系3 .洛倫茲力大小表達(dá)式的推導(dǎo)與驗證五、教具準(zhǔn)備：陰極射線管、蹄形磁鐵、條形磁鐵、電火花計時器、洛倫茲力演示儀、磁傳感器、數(shù)字電壓表、攝像頭六、教學(xué)過程：引入：師：先請同學(xué)們看一段視頻（播放極光視頻）師問：同學(xué)們，這是什么現(xiàn)象？生答：極光現(xiàn)象師：那么，極光是發(fā)生在地球的高緯度地區(qū)還是低緯度地區(qū)？為什么在赤道這樣的低緯度地區(qū)看不到極光現(xiàn)象呢？要解決這個問題，讓我們一起來學(xué)習(xí)今天這節(jié)課（板書）：磁場對運動電荷的作用力新課：磁場對運動電荷有沒有作用力呢？我們可以通過實驗來探究，在做實驗之前，先來認(rèn)識桌上的一個

4、儀器 陰極射線管?！就队啊拷榻B陰極射線管：真空管內(nèi)的陰極在高壓作用下發(fā)射出電子， 經(jīng)電場加速，通過狹縫形成高速運動的電子流,我們不能直接觀察到電子的運動，讓電子流轟擊長條形的熒光屏，屏發(fā)出熒光能顯示出電子的運動徑跡。探究 磁場對運動電荷的作用力師：我們利用電火花計時器輸出的高壓加在陰極射線管兩端，同學(xué)們打開電火花計時器的開關(guān)，觀察到什么現(xiàn)象？（從運動軌跡上看，電子做直線運動。）將蹄形磁鐵靠近陰極射線管會發(fā)生什么現(xiàn)象呢？師：請同學(xué)分析一下實驗現(xiàn)象（沒有磁場時，電子束沿直線運動，磁鐵靠近，運動徑跡發(fā)生了彎曲。為什么會彎曲呢？這表明磁場對運動的電子有力的作用。）師：這個實驗說明磁場對運動電荷有力的作

5、用。介紹：荷蘭物理學(xué)家洛倫茲對此作了深入的研究。為了紀(jì)念洛倫茲的貢獻(xiàn)，人們將這個力命名為洛倫茲力。板書：一、洛倫茲力對于這個剛認(rèn)識的力，我們最想了解它的什么？（大小怎么計算，方向如何判斷，有什么樣的作用效果）下面我們就先來探究洛倫茲力的方向。探究洛倫茲力的方向板書：1.方向：（投影圖片）洛倫茲力的方向與什么因素有關(guān)？我們可以采取控制變量法,先保持電子的v方向不變，研究洛倫茲力的方向與磁感應(yīng)強度B方向的關(guān)系。31 .觀察并記錄甲乙兩圖中洛倫茲力的方向2 .畫出F、B、v的方向關(guān)系圖（可以畫正視圖）學(xué)生上黑板畫出三者方向的正視圖，提問：F方向與B方向是否有關(guān)？有什么樣的關(guān)系？ （ v方向不變時，改

6、變 B方向，F(xiàn)方向改變。）我們也可以保持 B不變，改變V方向，研究洛倫茲力的方向。實驗表明：洛倫茲力的方向 與B、v的方向都有關(guān)系（板書）。怎么 表示這三種方向間的關(guān)系呢？以甲圖為例，我們能否用左手來表示出這三者的關(guān)系呢？學(xué)生黑板前展示。這位同學(xué)總結(jié)出來的方法，我們只要知道其中兩個量的方向，就可以判斷出第三個量的方向。這實際上是給出了一種判斷洛倫茲力方向的方法。我們把這種方法叫做左手定則。板書：左手定則判定。但要注意四指的指向。 如果是正電荷運動，四指指向正電荷運動方向， 如果是負(fù)電荷運動，四指指向負(fù)電荷運動的反方向。鞏固練習(xí)：試判斷圖中的帶電粒子剛進(jìn)入磁場時所受洛倫茲力的方向判斷受力方向B判

7、斷運動方向 XXX8XXXX | XXX F XX判斷電荷正負(fù)F垂直紙面朝外掌握了洛倫茲力的方向問題，我們再來研究：洛倫茲力的大小與什么因素有關(guān)?探究洛倫茲力的大小 板書：2.大小洛倫茲力的大小與哪些因素有關(guān)，我們可以從最簡單的情況分析，讓一個帶電粒子垂直磁場方向進(jìn)入勻強磁場，求洛倫茲力大小。對這個問題，我們先進(jìn)行理論推導(dǎo)播放動畫，提問學(xué)生分析：大量運動電荷所受洛倫茲力的合力表現(xiàn)為導(dǎo)線所受的安培力。小結(jié)：安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)；洛侖茲力是安培力的微觀本質(zhì)如果這段導(dǎo)線內(nèi)部定向運動的電荷總數(shù)為N,則有F安=NF洛（板書）我們嘗試由安培力的表達(dá)式導(dǎo)出洛倫茲力的表達(dá)式。教師提示投影中的四個問題，學(xué)

8、生交流討論，推導(dǎo)得出結(jié)論，學(xué)生 黑板板演，講解展示（設(shè)有一段長為L,橫截面積為S的直導(dǎo)線，單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n,每個自由電荷的電荷量為q,自由電荷定向移動的速率為 v,這段通電導(dǎo)線垂直磁場方向放入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中）板書：vB, F洛=4丫3 指出各個物理量的單位。小結(jié)：洛倫茲力大小，（1） v,B, F洛二4丫8 （2） v/B, F洛=?你能否用剛才的方法從理論上推導(dǎo)出結(jié)論呢？ （ 3） v與B成。時，F(xiàn)洛二?學(xué)生分析接下來我們再來探究洛倫茲力的作用效果，探究洛倫茲力的作用效果板書：3.作用效果投影分析F洛方向與帶電粒子 V方向始終垂直，板書：只改變速度方向，不改變速度大小，

9、永不做功。師：同學(xué)們，剛才我們通過理論探究得出了洛倫茲力的大小表達(dá)式，下面我們再通過實驗來驗證一下。實驗驗證：vB時，洛倫茲力大小表達(dá)式 F = q v B。思考：如何驗證？需要測哪些 物理量？如何測量？電他星/C1.60E-191.60E-191.60E-19電子質(zhì)量/kg9.10E-319.10E-319.10E-31加速電壓/v000軌跡直徑/m000磁感應(yīng)強度/T0.00E+000.00E+000.00E+00實際所受的F洛二F向公式計算出的F洛（r為半輕, D為直徑）2 v Fj = m r2?22=?-?= ?結(jié)論：通過實驗驗證了剛才的理論推導(dǎo)是正確的。板書：二、應(yīng)用顯像管的工作原理， 介紹：電怎么樣才能讓電子打到屏上的陽找愫甘障最后我們看一下磁場對運動電荷的作用在實際中的應(yīng)用，子槍射出的電子做直線運動，在熒光屏中間能看到一個亮點,其它位置呢？加偏轉(zhuǎn)磁場。提問：要是電子打在 A點，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向？垂直紙面向外。思考：（1）如何打在 AO區(qū)域？如何打在 OB一側(cè)？(2)如何讓電子束能打到整個屏幕?檢測題1 .為了研究某種放射源發(fā)出的未知射線，研究人員把放射源置于勻強磁場中，射線分裂成a、b、c三束，請分析三束射線的電性。2 .某帶電粒子的電量為q=10-14C,以速率v=106m/s射入B=10-2T的勻