人教版 (2019)选择性必修 第二册2 磁场对运动电荷的作用力评优课ppt课件

第一章　安培力与洛伦兹力

第2节　磁场对运动电荷的作用力

教学目标与核心素养

物理观念：知道什么是洛伦兹力，会利用左手定则判断洛伦兹力的方向

科学思维：探究洛伦兹力大小的推理过程

科学探究：经历理论推导洛伦兹力大小的过程，启发学生主动思考，培养学生的逻辑思维能力和探究能力。

科学态度与责任：引导学生进一步学会观察、分析、推理，培养学生的科学思维和研究方法。

教学重难点

教学重点：探究得出洛伦兹力的方向和大小的过程

教学难点：洛伦兹力方向、大小的得出

教学过程

【新课引入】

思考：1、电流是如何形成的？

2、导体中运动电荷会受磁场力的作用吗？

师：磁场对通电导线有作用力，而带电粒子的定向运动形成电流，那么，磁场对运动电荷有作用力吗？

师：演示磁场对运动电荷的作用力，

实验观察

阴极射线管接高压电源时，阴极会发射电子

电子通过狭缝后形成一个扁平的电子束

电子束掠射到荧光板上，显示出电子束的径迹

通过演示实验，观察实验现象：阴极射线管中的电子束在磁场中发生偏转

板书：磁场对运动电荷的作用力

【新知探究】

一．洛仑兹力的方向

1.定义：磁场对运动电荷的作用力

板书：运动电荷在磁场中受到的磁场力叫洛仑兹力。

2.       方向：

由左手定则判断

运动的电荷在磁场中受到的洛仑兹力的方向，与运动方向与磁感应强度方向都垂直。

洛仑兹力的方向可以用左手定则判定，伸开左手，让拇指与其任四指垂直，并且都与手掌在同一平面内；让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向正电荷运动方向，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中受到的洛仑兹力的方向；

练：试判断下列图中各带电粒子所受洛伦兹力的方向、或带电粒子的电性、或带电粒子的运动方向。

3、特点：

1、洛仑兹力的大小和方向都与带电粒子运动状态有关

2、洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，洛仑兹力对运动电荷不做功

二．洛仑兹力的大小

思考与讨论

安培力是导体中所有运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现

安培力大小等于各个自由电荷所受洛伦兹力的合力

师：导线中的电流方向与磁场方向垂直时，安培力大小为F=BIL。在这种情况下，导线中电荷定向移动的方向也与磁场方向垂直。既然安培力是洛仑兹力的宏观体现，那么我们是否可以由安培力的表达式推导出洛仑兹力表达式呢？

思考与讨论

如何由安培力的表达式推导出洛仑兹力表达式？建议你沿以下逻辑线索思考。

1.       设静止导线中定向运动的带电粒子的速度都是v，单位体积内的粒子数为n。算出图一段导线中的粒子数，这就是在时间t内通过横截面S的粒子数。粒子的电荷量记为q，由此可以算出q与I的关系。
2.       写出这段长为vt的导体受的安培力F安。
3.       求出每个粒子受到的力，它等于F洛。这时，许多中间量，如S、v、t等都不应出现。

推导时仍然可以认为做定向运动的电荷为正电荷，所以结果具有普遍性。

导线中的电流    I=nqsv

所受到的安培力  FA=BIL=BnqsvL

运动电荷的总数  N=nsL

单个运动电荷所受到的作用力 F洛=FA/nsL 即F洛 =qvB

电荷量为q的粒子以速度v运动时，如果速度方向与磁感应强度方向垂直，（图1.2-4），那么粒子受到的洛仑兹力为（图1.2-4）F=qvB

式中力F、磁感应强度B、电荷量q、速度v的单位分别为牛顿（N）、特斯拉（T）、库仑（C）、米每秒（m/s）

仿照第一节对安培力的讨论可以知道，在一般情况下，当电荷运动方向与磁感应强度方向夹角为θ时（图1.2-5），电荷受的洛仑兹力为F=qvBsinθ

总结：

1）当v//B时：F洛=0

2）当 v⊥B时：F洛=qvB

3）当v既不∥，又不⊥于B时：F洛=qvBsinθ

安培力与洛伦兹力的关系：安培力是洛伦兹力的宏观体现

洛伦兹力是安培力的微观表现

三、电子束的磁偏转

洛伦兹力的方向与粒子的运动速度方向垂直，当粒子 在磁场中运动时，因受到洛伦兹力的作用，就会发生偏 转。显像管电视机中就应用了电子束磁偏转的

原理。 显像管中有一个电子枪，工作时它能发射高速电子。 撞击荧光屏，就能发光。可是，很细的一束电子打在荧光 屏上只能使一个点发光，要使整个荧光屏发光，就要靠磁 场来使电子束偏转了

在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化，因此电子束打在荧光屏上的光点就像图 1.2-8 那样不断移动，这在显示技术中叫作扫描（scanning）。电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫作一场，电视机中的显像管每秒要进行 50 场扫描，所以我们感到整个荧光屏都在发光。

洛伦兹力在实际中的应用

置于匀强磁场中射线分裂成a、b、c三束，请分析三束射线的电性。

生活实例：地磁场和太阳风

地球周围空间有地磁场，两极强，中间弱

从太阳或其他星体上，时刻都有大量的高能粒子流放出，称为宇宙射线

地磁场能改变宇宙射线中带电粒子的运动方向，对宇宙射线起了一定的阻挡作用

生活实例：地磁场和极光

【课堂小结】

【随堂演练】

1、 试判断下列各图带电粒子所受洛仑兹力的方向、或磁场的方向、或粒子运动方向(q,v,B两两垂直)

2、电子以初速度v垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中,则    (          )

A.磁场对电子的作用力始终不变.       B.磁场对电子的作用力始终不做功

C.电子的速度始终不变.               D. 电子的动能始终不变

3、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。

教学反思

学生对宏观与微观联系的理解比较困难，学生逻辑思维能力和空间想象能力相对较差，为攻克这一难点，我利用多媒体辅助来解决。