运动电荷在磁场中受到的力教学设计精品.docx
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运动电荷在磁场中受到的力教学设计精品
高中物理教学设计
选修3-1第三章第5节
《运动电荷在磁场中受到的力》
17号选手
2016年10月27日
教师格言:
因材施教、教学相长
第三章磁场
3.5磁场对运动电荷的作用力
★新课标要求
(一)知识与技能
1、知道什么是洛伦兹力。
2、利用左手定则会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。
5、理解洛伦兹力对电荷不做功。
6、了解电视机显像管的工作原理。
(二)过程与方法
通过洛伦兹力大小的推导过程进一步培养学生的分析推理能力。
(三)情感、态度与价值观
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,受到洛伦兹力大小的计算。
★教学难点
1、理解洛伦兹力对运动电荷不做功。
2、洛伦兹力方向的判断。
★教学方法
实验观察法、讲述法、分析推理法
★教学用具:
电子射线管、电源、磁铁、投影仪、投影片
一、引入新课
教师:
让全体同学
1,观看东方卫视的极光视频,
2、观看磁场对示波器图像的影响。
[演示实验]用阴极射线管研究磁场对运动电荷的作用。
如图3.5-1
教师:
说明电子射线管的原理:
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。
学生:
观察实验现象。
实验结果:
在没有外磁场时,电子束沿直线运动,将蹄形磁铁靠近阴极射线管,发现电子束运动轨迹发生了弯曲。
学生分析得出结论:
磁场对运动电荷有作用。
二、进行新课
1、洛伦兹力的方向
教师讲述:
通电导线在磁场中所受到的力叫安培力,电荷的定向移动形成电流,运动电荷在磁场中受到的作用力称为洛伦兹力,
推理和猜想:
安培力是洛伦兹力的宏观表现,洛伦兹力是安培力的微观本质
问题:
安培力的方向用左手定则判定,那么洛伦兹力的方向能不能也用左手定则来判定呢?
实验验证:
(投影)
学生观察
结论:
洛伦兹力的方向也用左手定则来判定
左手定则:
伸开左手,使大拇指跟其余四个手指垂直,并且都和手掌在一个平面内,让磁感线垂直穿入手心,并使伸开的四指指向正电荷运动的方向,那么,大拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。
如果运动的是负电荷,则四指指向负电荷运动的反方向,那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。
回到导学案:
[投影片出示练习题]
(1)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。
甲乙丙丁
学生解答:
甲中正电荷所受的洛伦兹力方向向上;
乙中负电荷所受的洛伦兹力方向向上;
丙中正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸内;
丁中负电荷所受的洛伦兹力的方向垂直于纸面指向纸外
2、洛伦兹力的大小
教师:
现在我们来研究洛伦兹力的大小。
思考与讨论:
长为L、横截面积为s的直导线,单位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为q,自由电荷定向移动的速率为v。
这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中。
①,求导线中自由电荷的总数和总电量?
N=SLnQ=qN=qsLn
②、导线中的自由电荷以速度为V做定向运动形成电流。
求自由电荷从导线一端运动到另一端的时间?
通过导线的电流?
③、求导线受到的安培力大小?
根据F=Nf,求出导线中每个自由电荷受到的洛伦兹力f?
结论:
洛伦兹力的大小
当v⊥B时,f=qvB
②当v∥B(V=0)时,f=0(电荷不受洛仑兹力作用)
③当v与B之间有一定夹角θ时,f=qvBsinθ
思考与讨论:
图为地磁场的分布图,地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在赤道和两极哪里强?
地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在赤道附近最强,两极地区最弱
思考:
你能解释为什么极光只在两极出现了吗?
学生用左手定则解释
3.洛伦兹力的特点
(1)、洛伦兹力的方向既垂直于磁场方向,又垂直于速度方向,即垂直于磁场和速度所组成的平面。
(2)、洛伦兹力对电荷不做功,即不改变速度的大小,只改变速度的方向。
4、电视机显像管的工作原理
思考与讨论:
1).若要使电子束在水平方向偏离中心,打在荧光屏上的A点,偏转磁场应该沿什么方向?
2).若要使电子束打在B点,磁场应该沿什么方向?
3).若要使电子束打在荧光屏上的位置由B逐渐向A点移动,偏转磁场应该怎样变化?
演示自制动画:
帮助学生了解电视机显像管工作原理
小结:
1、洛伦兹力的方向
2、洛伦兹力的大小
3、洛伦兹力的特点
4、电视机显像管的工作原理
三、课后练习
四、板书设计
运动电荷在磁场中受到的力—洛伦兹力
1、洛伦兹力的方向:
用左手定则判定
2、洛伦兹力的大小:
当v⊥B时,f=qvB
②当v∥B(V=0)时,f=0(电荷不受洛仑兹力作用)
③当v与B之间有一定夹角θ时,f=qvBsinθ
3、洛伦兹力的特点:
洛伦兹力的方向既垂直于磁场方向,又垂直于速度方向,洛伦兹力不做功
4、电视机显像管的工作原理
五、教学反思
投影片出示练习题:
练习1、电子的速率v=3×106m/s,垂直射入B=0.10T的匀强磁场中,它受到的洛伦兹力是多大?
学生分析求解,教师巡回指导:
f=qvB=1.60×10-19×3×106×0.10=4.8×10-14N
练习2、来自宇宙的质子流,以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点,则这些质子在进入地球周围的空间时,将_______
A.竖直向下沿直线射向地面B.相对于预定地面向东偏转
C.相对于预定点稍向西偏转D.相对于预定点稍向北偏转
学生分析解答:
B。
地球表面地磁场方向由南向北,质子是氢原子核带正电,根据左手定则可判定,质子自赤道上空竖直下落过程中受洛伦兹力方向向东。
2、电视显像管的工作原理
教师:
引导学生阅读教材相关内容,思考并回答问题。
电子束是怎样实现偏转的?
在图3.5-4中,如图所示:
(1)要是电子打在A点,偏转磁场应该沿什么方向?
(2)要是电子打在B点,偏转磁场应该沿什么方向?
(3)要是电子打从A点向B点逐渐移动,偏转磁场应该怎样变化?
学生:
思考并回答问题:
(1)要是电子打在A点,偏转磁场应该垂直纸面向外
(2)要是电子打在B点,偏转磁场应该垂直纸面向里
(3)要是电子打从A点向B点逐渐移动,偏转磁场应该先垂直纸面向外并逐渐减小,然后垂直纸面向里并逐渐增大。
教师:
电子打在荧光屏上只能有一个亮点,为什么整个荧光屏都能发光能?
学生阅读教材,进一步了解显像管的工作过程。
(三)课堂总结、点评
教师活动:
让学生概括总结本节的内容。
请一个同学到黑板上总结,其他同学在笔记本上总结,然后请同学评价黑板上的小结内容。
学生活动:
认真总结概括本节内容,并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结,看谁的更好,好在什么地方。
点评:
总结课堂内容,培养学生概括总结能力。
教师要放开,让学生自己总结所学内容,允许内容的顺序不同,从而构建他们自己的知识框架。
(四)实例探究
☆洛伦兹力的方向
【例1】关于带电粒子所受洛伦兹力F和磁感应强度B及粒子速度v三者之间的关系,下列说法中正确的是
A.F、B、v三者必定均保持垂直
B.F必定垂直于B、v,但B不一定垂直于v
C.B必定垂直于F、v,但F不一定垂直于v
D.v必定垂直于F、B,但F不一定垂直于B
解析:
根据左手定则,洛伦兹力垂直于B,也垂直于v,垂直于B与v所决定的平面,但B与v不一定垂直.
答案:
B
【例2】如图所示的是磁感应强度B、正电荷速度v和磁场对电荷的作用力F三者方向的相互关系图(其中B垂直于F与v决定的平面,B、F、v两两垂直)。
其中正确的是
答案:
D
☆洛伦兹力的大小
【例3】如图所示,匀强磁场方向水平向里,匀强电场方向竖直向下,有一正离子恰能沿直线从左向右水平飞越此区域。
则
A.若电子从右向左飞入,电子也沿直线运动
B.若电子从右向左飞入,电子将向上偏转
C.若电子从右向左飞入,电子将向下偏转
D.若电子从左向右飞入,电子也沿直线运动
解析:
若电子从右向左飞入,电场力向上,洛伦兹力也向上,所以上偏,B正确;若电子从左向右飞入,电场力向上,洛伦兹力向下。
由题意,对正电荷qE=Bqv,与q无关,所以对电子二者也相等,所以电子从左向右飞,做匀速直线运动.
答案:
BD
【例4】一个长螺线管中通有电流,把一个带电粒子沿中轴线方向射入(若不计重力影响),粒子将在管中
A.做圆周运动B.沿轴线来回运动
C.做匀加速直线运动D.做匀速直线运动
解析:
通电长螺线管内部的磁场方向始终与中轴线平行,带电粒子沿磁场方向运动时,不受洛伦兹力,所以一直保持原运动状态不变,正确答案是D。
答案:
D
★课余作业
完成P103“问题与练习”第1、2、5题。
书面完成第3、4题。
★教学体会
思维方法是解决问题的灵魂,是物理教学的根本;亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键,离开了思维方法和实践活动,物理教学就成了无源之水、无本之木。
学生素质的培养就成了镜中花,水中月。
(2)电流是如何形成的?
学生:
电荷的定向移动形成电流。
教师:
磁场对电流有力的作用,电流是由电荷的定向移动形成的,大家会想到什么?
学生:
这个力可能是作用在运动电荷上的,而安培力是作用在运动电荷上的力的宏观表现。
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