人教版选修3-1 第三章磁场第5节
《运动电荷在磁场中受到的力》教学设计
【教学目标】
1、知识与技能:
(1)认识洛伦兹力的产生条件,掌握洛伦兹力方向的判断方法-左手定则;
(2)会推导洛伦兹力的大小,能够计算洛伦兹力的大小
(3)会解释生活中的一些现象
2、过程与方法
(1)通过对安培力微观本质的猜测,培养学生的联想和猜测能力
(2)通过推导洛伦兹力的公式,培养学生的逻辑推理能力
(3)学生通过实验观察,加深对研究方法的认识与理解。
(4)培养学生的科学思维和研究方法,引导学生观察、分析、推理能力
3、情感态度与价值观:
(1)在研究物理问题中体会物理研究的思想。
(2)体会物理与生活,物理与自然的联系
(3)能用质疑的眼光看问题
(4)体会交流与合作。
【教学重点、难点】
重点:洛伦兹力方向和大小。
难点:洛伦兹力计算公式的理论推导过程。
【实验器材】
阴极射线管、多媒体投影、亥姆霍兹线圈、磁铁、高压感应圈
【教学方法】
讲授法、实验法、讨论法,理论探究法
教学过程
教学
环节
教师活动学生活动备注
极光引入,引导猜想
“原天地之美而达万物之
理”,很高兴能有机会跟大家一
起继续探索电与磁的世界。其实
我们本身就处在一个大磁场中,
它每天都在保护着我们免受太
阳的伤害。
展示视频:走进地球磁场
(边看边解说)
设问:同学们,地球的磁场
为什么能改变这些带电粒子的
运动方向,使它们只到达两极,
从而形成美丽的极光?
观察视频,思考问题,
猜测一:磁场对运动
电荷有力的作用?
学生对宇
宙的秘密比较
向往,通过极光
的短片,吸引学
生的注意力,激
起疑问,引发思
谜底就藏在今天我们的课题里面。
(打出课题:运动电荷在磁场中受到的力)考,从而引入课题。
知新,实验验证洛伦兹力
磁场对运动电荷真的有作用
力吗?为了解开这个谜团,今天
老师带来了一位特殊的朋友,这
就是阴极射线管:
(阴极射线管是现代电视机显像管的原
型,由它引发了现代扫描技术的开发与发
展。)
把感应线圈的高压加到阴极
射线管上。在阴极就会发出阴极
射线,飞向阳极。
介绍阴极射线管:
(1)怎么显示微观粒子的轨
迹
(2)里面高速运动的带电粒
子是电子
同学们可以看到现在展现在
我们面前的是一束高速运动的
电子流。
设问:同学们现在看到了运
动电子的轨迹,是一条直线。请
同学们设想一下,如何验证我们
的猜想?
师:请同学自己上来试试看。观
察实验现象。
(强调注意安全)
学生:观察现象
学生:讨论,交流,
回答:在阴极射线管
的周围加一个磁场。
(用磁铁)
观察现象:当条形磁
铁靠近阴极射线管时
电子束弯曲,越靠近
弯曲程度越大。(不
同方向加磁场,弯曲
的方向不同,不同磁
通过实验
来验证猜想,使
学生经历探究
过程。
实验结论:运动电荷在磁场中受到的力------洛伦兹力。
(洛伦兹,荷兰物理学家,1902年的时候获诺贝尔物理学奖,正是他首次对此进行了研究,并得出相关结论,为了纪念这位科学家,我们把磁场对运动电荷的作用力命名为洛伦兹力。)
同其他力一样,洛伦兹力同样也有三个要素:大小、方向和作用点。接下来我们来研究它的方向和大小。极靠近,弯曲的方向不同)
学生总结:磁场的确对运动电荷存在作用力
探究洛伦兹力的方向
在我们研究洛伦兹力的方向之
前,我们还需要做点准备工作。
著名物理学家费曼说过:科学
是一种方法。
演示:磁场中通电导体的受
力。
磁场对电流有力的作用-称
为安培力,
如果电流方向和磁场方向,
我们能否用具体的方法判断安
培力的方向?说说看。
(讲述左手定则的内容)
设问:同学们,电流又是如何形
成的呢?
师:大量微观电荷的集体定向移
动形成电流,在宏观上就受到安
培力的作用,而从微观层面来
说,运动的电荷只受到洛伦兹力
的作用。请同学们猜测下,这两
者的方向有什么关系呢?
师:好,同学们请看,如果外加
一垂直向里的磁场你能判断这
观察现象,回忆安培
力知识。
左手定则。
回答:大量自由电
荷的定向移动。
(学生讨论)
方向应该相同。
回答:受力方向,向
下。(向上)
让学生了
解宏观研究与
微观研究相结
合的科学方法。
培养学生猜想、
推理和分析能
力
体现物理是以
实验为基础的
学科,科学实验
是揭示自然规
律的重要方法
运动电子的受力方向吗?试试看。
师:你判断方法是?
师:那四指的指向表示什么?
演示:加垂直向里的磁场,向下弯曲。
师:非常好,实验验证了我们的推断,请同学们鼓掌给予表扬。
师: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。
师:安培力与洛伦兹力的这种关系打个比方,犹如:一瓶书的重力是每页纸重力的宏观表现,每页纸的重力是这本书重力的微观解释。
我们来总结下左手定则的应用。
安培力垂直与B、I面,则洛伦兹力垂直与B、V面。
师:纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。在迎接新的挑战之前,我们先来巩固下左手定则的知识。回答:左手定则
回答:左手定则,磁
场穿过掌心,四指指
向正电荷运动方向
(负电荷运动反方
向),大拇指所指的
方向即为洛伦兹力的
方向。
投影PPT
和手段。培养学
生科学研究最
基本的思维方
法:分析推理──
猜想──实验验
证──得出结论。
习题训练;
演示:带电粒子平行于磁场方向
时不受力。
判断:V//B时不受洛
伦兹力。
由安培力可以知道,I
与B平行的时候不受
力。
洛伦兹力大小研究师:同学们接下来要迎接挑战
了,我们继续用研究安培力的方
法来研究洛伦兹力的大小。
师:同学们请看,这是一段垂直
磁场放置的通电导线,假设定向
移动的是正电荷,速度均为V。
请大家判断一下,这些正电荷所
受的洛伦兹力大小有什么关
系?
师:这些电荷所受洛伦兹力的宏
观表现是什么?
师:假设这段导体内有N个电荷,
则段导体所受安培力和每个电
荷所受洛伦兹力之间有什么关
系?
师:这段导线所受安培力是
F
安
=BIL
师:那我们是否能从宏观的安培
回答:大小均相等。
答:是安培力。
F
安
= N F
洛
学生自主研究:寻找
宏观安培力和微观洛
这是本课的难
点,在推理过程
中,渗透宏观世
界与微观世界
的联系,以及解
决物理问题的
一种思想(通过
设置一些中间
量,最后将其消
掉得出我们所
需要的结论)。
力,推导微观的洛伦兹力的表达式。已知条件已经打出。
问题情景:设有一段长为L,横截面积为S的直导线,其单位体积内自由电荷数为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。匀强磁场的磁感应强度为B
巡视学生推导情况并进行根据实际情况,进行个别指导点评学生的成果,并进一步引导学生分析结论。
师:F
洛
=qvB 强调条件B⊥v
师: F
洛
=0 条件B//v
设置练习:v与B不垂直的时候。训练学生的发散思维。
某带电粒子的电量为q,以速率v射入B的匀强磁场中,若粒子速度方向与磁场方向夹角为θ,试求洛伦兹力大小和方向?
师:F
洛
=qvBsinθ强调条件B 与v 成θ角
PPT 演示V与B的夹角变化。伦兹力的关系。
学生自主推导。
F
安
=BIL
I=Q/t
Q=nsvtq
L=vt
F
安
/N= F
洛
F
洛
=qvB
N=nsvt
师生共同总结
学生在练习的过程中得到洛伦兹力的一般表达式。
回答:仿照安培力的处理方式,把速度进行分解处理。
洛伦兹力的方向垂直纸面向里。
回答:洛伦兹力的方向垂直于B、V面,向里。
学生课堂收获教师总结:
本节课我们学习了一种新的
力——洛伦兹力,一种磁场对运
动电荷产生的力。采用了一种方
法——由宏观安培力到微观洛
伦兹力的分析。实验研究与理论
推导完美结合。
总结本节课所
学,更多应关注
思想、方法的介
绍。
洛伦兹力的实际应用师:同学们,其实洛伦兹力离我
们的生活并不遥远。下面我们来
看看洛伦兹力的应用吧。
教师介绍:电视显像管的工作原
理。
师:水平的磁场可以控制粒子上
下的偏转,竖直方向的磁场可以
控制粒子左右偏转。这就是早先
电视机的基本原理。
解释极光现象
大屏幕示波器
学生会运用洛伦兹力
解释极光现象。
使学生体会理
论与实际的紧
密联系。培养学
生的兴趣。
课外探究设置问题学生课外研究:
1、如果一个带电粒子垂直磁场
方向射入匀强磁场中,不计粒子
重力,这个粒子将做什么运动?
直线运动?曲线运动?匀速圆
周运动?
(质疑洛伦兹力的结果是否真
正成立,下一节课将用实验验
学生课外查资料
拓宽学生
的知识面,为下
一节课留下伏
笔。
板书设计
3.5磁场对运动电荷的作用力 一、洛伦兹力
洛伦兹力 安培力
磁场 运动电荷 电流 q 、 v I 、 L 微观本质 宏观表现
二、洛伦兹力的方向
方向:左手定则 方向:左手定则
F 洛 ⊥ B 、v 面 F 安⊥ B 、I 面
三、洛伦兹力的大小
F 洛=qvB B ⊥v F 安 = ILB B ⊥I
F 洛=0 B ∥v F 安 =0 B ∥I
F 洛=qvBsin θ B 与v 成 θ F 安 = ILB qvBsin θ B 与I 成 θ
证)
2.洛伦兹力还有哪些应用,请你找到实例,分析说明。