高中物理《磁场对运动电荷的作用》教学案例

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高中物理《磁场对运动电荷的作用》教学案例
临高中学    物理组     王贞   学分账号：695567
一、教学目标
1．通过实验掌握左手定则，并能熟练地用左手定则判断磁场对运动电荷的作用力——洛仑兹力的方向。
2．理解安培力是洛仑兹力的宏观表现。
3．根据磁场对电流的作用和电流强度的知识推导洛仑兹力的公式f=Bqv，并掌握该公式的适用条件。
4．熟练地应用公式f=Bqv进行洛仑兹力大小的计算。
二、重点、难点
1．重点是洛仑兹力方向的判断方法左手定则和洛仑兹力大小计算公式的推导和应用。
2．因电荷有正、负两种，在用左手定则判断不同的电荷受到的洛仑兹力方向时，要强调四指所指方向应是正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向。
3．洛仑兹力计算公式的推导是难点之一，这要从概念上讲解清楚。
三、教具
感应圈、低压直流电荷（学生电源或蓄电池）、阴极射线管，蹄形永久磁铁、导线若干。
四、教学过程
（一）引入新课
1．设问：我们已经掌握了磁场对电流存在力的作用、安培力的产生条件和计算方法，那么磁场对运动电荷是否也有力的作用呢？
回答：有。
2．实验：
演示电子束在磁场中的偏转，让同学注意当改变磁场方向时，电子束的偏转方向也随之改变。
（二）教学过程设计
1．洛仑兹力（板书）
通过上述实验，让学生思考：电子束在磁场中偏转的实验现象揭示了什么？
定义：磁场对运动电荷存在着力的作用，我们把它称做洛仑兹力。
2．洛仑兹力产生的条件（板书）
通过实验，师生共同得出。
结论：电荷电量q≠0，电荷运动速度v≠0，磁场相对运动电荷速度的垂直分量B⊥≠0，三个条件必须同时具备。在这里教师进一步强调，当运动电荷垂直进入磁场时受到磁场力的作用最大，教材只要求学生掌握这种情况。
3．洛仑兹力方向的判断：（板书）
进一步观察电子束垂直进入磁场时的偏转，并改变磁场方向。在黑板上作图表示，让同学找出一种判断方法。也可联系安培力方向的判断推理确定洛仑兹力方向的判断方法——左手定则。
结论：洛仑兹力的方向判断也遵循左手定则。
4．洛仑兹力的大小（板书）
师生共同讨论得出。
提问：（1）如何用（单位体积内含的运动电荷数n，每个电荷电量为q，电荷的平均定向移动速率是v，导线的横截面积是S）n、q、v、S来表示通电导线中的电流强度I？
教师画图点拨，学生自己讨论得出

（2）如何从合力的观点出发用洛仑兹力f来表达安培力F的值？（当通电导线垂直于磁场时）
教师点拨，学生自己讨论得出
F=LIB=Nf……②（N为导线中电荷总数）
（3）让学生自己根据上面二个式子推出一个运动电荷垂直于磁场方向运动时受到的洛仑兹力的大小。
①代入②式：L·nvSq·B=Nf
N=nLS
f=Bqv
（4）提问：f=Bqv的适用条件是什么？
答：当电荷q以速度v垂直进入磁感应强度为B的磁场中，它所受的洛仑兹力f=Bqv。
（三）小结
安培力是洛仑兹力的宏观表现。当运动电荷q以速度v垂直进入磁感应强度为B的磁场中，它受到的洛仑兹力f=Bqv。洛仑兹力的方向由左手定则来判断。
当电荷运动速度平行于磁场方向进入磁场中，电荷不受洛仑兹力作用。
（四）课堂练习
1．运动电荷电量为q=2×10-8C，，运动速度v=4×103m／s，匀强磁场磁感应强度为B=0.5T，运动速度和磁场方向垂直，求电荷受到的洛仑兹力的大小。

2．当一带正电q的粒子以速度v沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则 [    ]

A．带电粒子速度大小改变；
B．带电粒子速度方向改变；
C．带电粒子速度大小不变；
D．带电粒子速度方向不变。
五、说明
1．本节教材的重点是洛仑兹力产生的条件，洛仑兹力的大小和方向，难点是公式f=Bqv的推导，为突出重点和难点，该节内容不涉及带电粒子在磁场中的运动轨迹等问题。
2．严格说，洛仑兹力的大小等于电荷电量q、电荷速率v、磁感应强度B以及v和B间夹角θ的正弦sinθ的乘积。当电荷运动速率方向与磁场方向垂直时，电荷受洛仑兹力最大，f=Bqv；当电荷运动方向与磁场方向一致时，电荷受洛仑兹力最小，等于零。因教材只要求学生掌握后两种情况的判断和计算，所以教案中只推导出θ=90°时的洛仑兹力f=Bqv。
3．洛仑兹力属于微观力学范畴，充分利用实验让学生从感性知识入手，激发学生的兴趣，在讲解重点知识时，分步运用观察实验、提问、思考、讲解、推导等手段，让同学在积极参与的过程中理解和掌握本节知识内容。