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2019-2020年高中物理 3.5《磁場對運動電荷的作用力》教案 新人教版 一、教材分析 洛侖茲力的方向是重點，實驗結合理論探究洛侖茲力方向，再由安培力的表達式推導出洛侖茲力的表達式的過程是培養(yǎng)學生邏輯思維能力的好機會，一定要讓全體學生都參與這一過程。 二、教學目標： （一）知識與技能 1、理解洛倫茲力對粒子不做功. 2、理解帶電粒子的初速度方向與磁感應強度的方向垂直時，粒子在勻磁場中做勻速圓周運動. 3、會推導帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑、周期公式，并會用它們解答有關問題. 知道質(zhì)譜儀的工作原理。 4、知道回旋加速器的基本構造、工作原理 、及用途 。 （二）過程與方法 通過綜合運用力學知識、電磁學知識解決帶電粒子在復合場（電場、磁場）中的問題. 培養(yǎng)學生的分析推理能力. （三）情感態(tài)度與價值觀 通過對本節(jié)的學習，充分了解科技的巨大威力，體會科技的創(chuàng)新歷程。 三、教學重點難點 重點：帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑和周期公式，并能用來分析有關問題. 難點：1.粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動. 四、學情分析 本節(jié)是安培力的延續(xù)，又是后面學習帶電體在磁場中運動的基礎，還是力學分析中重要的一部分。學好本節(jié)，對以后力學綜合中涉及洛倫茲力的分析，對利用功能關系解力學問題，有很大的幫助。 五、教學方法 實驗觀察法、邏輯推理法、講解法 六、課前準備 1、學生的準備：認真預習課本及學案內(nèi)容 2、教師的準備：多媒體課件制作，課前預習學案，課內(nèi)探究學案，課后延伸拓展學案 演示實驗 七、課時安排： 1課時 八、教學過程 （一）預習檢查、總結疑惑 （二）情景引入、展示目標 前面我們學習了磁場對電流的作用力，下面思考兩個問題： （1）如圖，判定安培力的方向 若已知上圖中：B=4.010-2 T，導線長L=10 cm，I=1 A。求：導線所受的安培力大??？ （2）電流是如何形成的？ 電荷的定向移動形成電流。 磁場對電流有力的作用，電流是由電荷的定向移動形成的，大家會想到什么？ 這個力可能是作用在運動電荷上的，而安培力是作用在運動電荷上的力的宏觀表現(xiàn)。 ［演示實驗］用陰極射線管研究磁場對運動電荷的作用。如圖3.5-1 說明電子射線管的原理： 從陰極發(fā)射出來電子，在陰陽兩極間的高壓作用下，使電子加速，形成電子束，轟擊到長條形的熒光屏上激發(fā)出熒光，可以顯示電子束的運動軌跡。 實驗現(xiàn)象：在沒有外磁場時，電子束沿直線運動，將蹄形磁鐵靠近陰極射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運動軌跡發(fā)生了彎曲。 分析得出結論：磁場對運動電荷有作用。 （三）合作探究、精講點播 1、洛倫茲力的方向和大小 運動電荷在磁場中受到的作用力稱為洛倫茲力。通電導線在磁場中所受安培力實際是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。 方向（左手定則：伸開左手，使大拇指跟其余四個手指垂直，并且都和手掌在一個平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿入手心，并使伸開的四指指向正電荷運動的方向，那么，大拇指所指的方向就是運動的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向。 如果運動的是負電荷，則四指指向負電荷運動的反方向，那么拇指所指的方向就是負電荷所受洛倫茲力的方向。 思考： 1、試判斷下圖中所示的帶電粒子剛進入磁場時所受的洛倫茲力的方向。 甲 乙 丙 丁 下面我們來討論B、v、F三者方向間的相互關系。如圖所示。 結論：F總垂直于B與v所在的平面。B與v可以垂直，可以不垂直。 洛倫茲力的大小 若有一段長度為L的通電導線，橫截面積為S，單位體積中含有的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電量為q，定向移動的平均速率為v，將這段導線垂直于磁場方向放入磁感應強度為B的磁場中。 這段導體所受的安培力為 F安=BIL 電流強度I的微觀表達式為 I=nqSv 這段導體中含有自由電荷數(shù)為 N=nLS。 安培力可以看作是作用在每個運動上的洛倫茲力F的合力，這段導體中含有的自由電荷數(shù)為nLS，所以每個自由電荷所受的洛倫茲力大小為 當運動電荷的速度v方向與磁感應強度B的方向不垂直時，設夾角為θ，則電荷所受的洛倫茲力大小為 上式中各量的單位： 為牛（N），q為庫倫（C），v為米/秒（m/s），B為特斯拉（T） 思考與討論： 同學們討論一下帶電粒子在磁場中運動時，洛倫茲力對帶電粒子是否做功？ 教師引導學生分析得： 洛倫茲力的方向垂直于v和B組成的平面即洛倫茲力垂直于速度方向，因此 洛倫茲力只改變速度的方向，不改變速度的大小，所以洛倫茲力對電荷不做功。 思考： 2、電子的速率v=3106 m/s，垂直射入B=0.10 T的勻強磁場中，它受到的洛倫茲力是多大？ 3、、來自宇宙的質(zhì)子流，以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點，則這些質(zhì)子在進入地球周圍的空間時，將_______ A．豎直向下沿直線射向地面 B．相對于預定地面向東偏轉(zhuǎn) C．相對于預定點稍向西偏轉(zhuǎn) D．相對于預定點稍向北偏轉(zhuǎn) 2、電視顯像管的工作原理 在圖3.5－4中，如圖所示： （1）要是電子打在A點，偏轉(zhuǎn)磁場應該沿什么方向？ 垂直紙面向外 （2）要是電子打在B點，偏轉(zhuǎn)磁場應該沿什么方向？ 垂直紙面向里 （3）要是電子打從A點向B點逐漸移動，偏轉(zhuǎn)磁場應該怎樣變化？ 先垂直紙面向外并逐漸減小，然后垂直紙面向里并逐漸增大。 學生閱讀教材，進一步了解顯像管的工作過程。 （四）反思總結、當堂檢測 （五）發(fā)導學案、布置作業(yè) 完成P103“問題與練習”第1、2、5題。書面完成第3、4題。 九、板書設計 1、洛倫茲力的方向：左手定則 2、洛倫茲力的大小： 3、電視顯像管的工作原理 十、教學反思 “思考與討論”在課堂上可組織學生開展小組討論，根據(jù)線索的實際情況靈活鋪設臺階，讓不同層次的學生在討論中有比較深刻的感受，然后通過交流發(fā)言得出正確結論。