3．5 磁场对运动电荷的作用

一、教材分析
洛仑兹力的方向是重点，实验结合理论探究洛仑兹力方向，再由安培力的表达式推导出洛仑兹力的表达式的过程是培养学生逻辑思维能力的好机会，一定要让全体学生都参与这一过程。
二、教学目标：
（一）知识与技能
1、理解洛伦兹力对粒子不做功.
2、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时，粒子在匀磁场中做匀速圆周运动.
3、会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，并会用它们解答有关问题. 知道质谱仪的工作原理。
4、知道回旋加速器的基本构造、工作原理 、及用途 。
（二）过程与方法
通过综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在复合场（电场、磁场）中的问题.
培养学生的分析推理能力.
（三）情感态度与价值观
通过对本节的学习，充分了解科技的巨大威力，体会科技的创新历程。
三、教学重点难点
重点：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期公式，并能用来分析有关问题.
难点：1.粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动.
四、学情分析
本节是安培力的延续，又是后面学习带电体在磁场中运动的基础，还是力学分析中重要的一部分。学好本节，对以后力学综合中涉及洛伦兹力的分析，对利用功能关系解力学问题，有很大的帮助。
五、教学方法
实验观察法、逻辑推理法、讲解法
六、课前准备
1、学生的准备：认真预习课本及学案内容
2、教师的准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案
演示实验
七、课时安排：
1课时
八、教学过程
（一）预习检查、总结疑惑
（二）情景引入、展示目标
前面我们学习了磁场对电流的作用力，下面思考两个问题：
（1）如图，判定安培力的方向
        
若已知上图中：B=4.0×10-2 T，导线长L=10 cm，I=1 A。求：导线所受的安培力大小？
（2）电流是如何形成的？     电荷的定向移动形成电流。
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？
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。
［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
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。
实验现象：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。
分析得出结论：磁场对运动电荷有作用。
（三）合作探究、精讲点播
1、洛伦兹力的方向和大小
运动电荷在磁场中受到的作用力称为洛伦兹力。通电导线在磁场中所受安培力实际是洛伦兹力的宏观表现。
方向（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。
思考：
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
下面我们来讨论B、v、F三者方向间的相互关系。如图所示。
结论：F总垂直于B与v所在的平面。B与v可以垂直，可以不垂直。
洛伦兹力的大小
若有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q，定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中。
这段导体所受的安培力为         F安=BIL
电流强度I的微观表达式为       I=nqSv
这段导体中含有自由电荷数为     N=nLS。
安培力可以看作是作用在每个运动上的洛伦兹力F的合力，这段导体中含有的自由电荷数为nLS，所以每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为

当运动电荷的速度v方向与磁感应强度B的方向不垂直时，设夹角为θ，则电荷所受的洛伦兹力大小为 
上式中各量的单位：
为牛（N），q为库伦（C），v为米/秒（m/s），B为特斯拉（T）
思考与讨论：
同学们讨论一下带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力对带电粒子是否做功？
教师引导学生分析得：
洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面即洛伦兹力垂直于速度方向，因此
洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，所以洛伦兹力对电荷不做功。
思考：
2、电子的速率v=3×106 m/s，垂直射入B=0.10 T的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？
3、、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
2、电视显像管的工作原理
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？    垂直纸面向外
（2）要是电子打在B点，偏转磁场应该沿什么方向？    垂直纸面向里
（3）要是电子打从A点向B点逐渐移动，偏转磁场应该怎样变化？
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。
学生阅读教材，进一步了解显像管的工作过程。
（四）反思总结、当堂检测
（五）发导学案、布置作业
完成P103“问题与练习”第1、2、5题。书面完成第3、4题。
九、板书设计
1、洛伦兹力的方向：左手定则
2、洛伦兹力的大小：
3、电视显像管的工作原理
十、教学反思
“思考与讨论”在课堂上可组织学生开展小组讨论，根据线索的实际情况灵活铺设台阶，让不同层次的学生在讨论中有比较深刻的感受，然后通过交流发言得出正确结论。