2019-2020年高中物理《磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力》教案4 新人教版選修3-1.doc
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2019-2020年高中物理《磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力》教案4 新人教版選修3-1 教學(xué)目標(biāo): 1.知道什么是洛倫茲力. 2.利用左手定則會(huì)判斷洛倫茲力的方向. 3.知道洛倫茲力大小的推理過程. 4.掌握垂直進(jìn)入磁場方向的帶電粒子受到洛倫茲力大小的計(jì)算. 5.了解v和B垂直時(shí)的洛倫茲力大小及方向判斷. 6.理解洛倫茲力對(duì)電荷不做功. 教學(xué)重點(diǎn): 1.利用左手定則會(huì)判斷洛倫茲力的方向. 2.掌握垂直進(jìn)入磁場方向的帶電粒子受到洛倫茲力大小的計(jì)算. 教學(xué)難點(diǎn): 1.洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功. 2.洛倫茲力方向的判斷. 教學(xué)方法:講述法、分析推理法、講練法 教學(xué)用具:電子射線管、電源、磁鐵、投影儀、投影片 教學(xué)過程 一、引入新課 [教師講述]前面我們學(xué)習(xí)了磁場對(duì)電流的作用力—安培力.磁場對(duì)電流有力的作用,電流是由電荷的定向移動(dòng)形成的,我們會(huì)想到:這個(gè)力可能是作用在運(yùn)動(dòng)電荷上的,而安培力是作用在運(yùn)動(dòng)電荷上的力的宏觀表現(xiàn). [演示實(shí)驗(yàn)]觀察磁場是否對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有作用. [教師]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(yùn)動(dòng)軌跡. [實(shí)驗(yàn)結(jié)果]在沒有外磁場時(shí),電子束沿直線運(yùn)動(dòng),將蹄形磁鐵靠近電子射線管,發(fā)現(xiàn)電子束運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生了彎曲. [學(xué)生分析得出結(jié)論]磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有作用. 二、新課教學(xué) [板書]第四節(jié) 磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用 (一)洛倫茲力:運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的作用力. 通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn). [過渡語]運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到洛倫茲力的作用,那么洛倫茲力的方向如何判斷呢? [問題]如圖 1.判定安培力方向. 2.電流方向和電荷運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系. 3.F安的方向和洛倫茲力方向關(guān)系. 4.電荷運(yùn)動(dòng)方向、磁場方向、洛倫茲力方向的關(guān)系. [學(xué)生答] 1.上圖甲中安培力方向?yàn)榇怪彪娏鞣较蛳蛏?,乙圖安培力方向?yàn)榇怪彪娏鞣较蛳蛳? 2.電流方向和正電荷運(yùn)動(dòng)方向相同,和負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)方向相反. 3.F安的方向和正電荷所受的洛倫茲力的方向相同,和負(fù)電荷所受的洛倫茲力的方向相反. 4.學(xué)生分析總結(jié). [投影片出示板書] (二)洛倫茲力方向的判斷——左手定則 伸開左手,使大拇指和其余四指垂直且處于同一平面內(nèi),把手放入磁場中,讓磁感線垂直穿入手心,若四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向,那么拇指所受的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向;若四指指向是電荷運(yùn)動(dòng)的反方向,那么拇指所指的方向就是負(fù)電荷所受洛倫茲力的方向. [板書]洛倫茲力f的方向:f ⊥B、f ⊥v,即f垂直于v和B所決定的平面. [投影片出示練習(xí)題] 1.試判斷下圖中所示的帶電粒子剛進(jìn)入磁場時(shí)所受的洛倫茲力的方向. (三)洛倫茲力的大小 現(xiàn)在我們來研究一下洛倫茲力的大小. 若有一段長度為L的通電導(dǎo)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(gè)自由電荷的電量為q,定向移動(dòng)的平均速率為v,將這段導(dǎo)線垂直于磁場方向放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中. [問題]這段導(dǎo)體所受的安培力為多大? [學(xué)生答]F安=BIL [問題]由第十五章第1節(jié)的思考和討論,電流強(qiáng)度I的微觀表達(dá)式是多少? [學(xué)生答]I的微觀表達(dá)式為I=nqSv [問題]這段導(dǎo)體中含有多少自由電荷數(shù)? [學(xué)生答]這段導(dǎo)體中含有的電荷數(shù)為nLS. [問題]每個(gè)自由電荷所受的洛倫茲力大小為多大? [學(xué)生答]安培力可以看作是作用在每個(gè)運(yùn)動(dòng)上的洛倫茲力F的合力,這段導(dǎo)體中含有的自由電荷數(shù)為nLS,所以 f=qvB 各量的單位:f為牛(N),q為庫倫(C),v為米/秒(m/s),B為特斯拉(T) 適用條件:v⊥B [問題]若此電子不垂直射入磁場,電子受到的洛倫茲力又如何呢?有興趣的同學(xué)課下探討,教師不做重點(diǎn)講解. 由通電導(dǎo)線不垂直于磁場對(duì)受到的安培力入手分析,F(xiàn)安=BILsinθ,可得f=qvBsinθ. θ為電荷運(yùn)動(dòng)速度方向與磁場方向的夾角 討論:θ=90時(shí),f=qvB θ=0時(shí),f=0,v和B在同一直線上,不受洛倫茲力. [投影片出示練習(xí)題] 1.電子的速率v=3106 m/s,垂直射入B=0.10 T的勻強(qiáng)磁場中,它受到的洛倫茲力是多大? [學(xué)生答] f=qvB=1.6010-1931060.10=4.810-14 N 2.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(diǎn),則這些質(zhì)子在進(jìn)入地球周圍的空間時(shí),將_______ A.豎直向下沿直線射向地面 B.相對(duì)于預(yù)定地面向東偏轉(zhuǎn) C.相對(duì)于預(yù)定點(diǎn)稍向西偏轉(zhuǎn) D.相對(duì)于預(yù)定點(diǎn)稍向北偏轉(zhuǎn) [學(xué)生答]B.地球表面地磁場方向由南向北,質(zhì)子是氫原子核帶正電,根據(jù)左手定則可判定,質(zhì)子自赤道上空豎直下落過程中受洛倫茲力方向向東. [問題]讓同學(xué)們討論一下帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí),洛倫茲力對(duì)帶電粒子是否做功?說明理由. [教師引導(dǎo)學(xué)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(duì)電荷不做功. [板書]洛倫茲力對(duì)電荷不做功. [問題]閱讀課文,說明運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受洛倫茲力偏轉(zhuǎn)有何現(xiàn)實(shí)意義? [學(xué)生答]運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到洛倫茲力的作用,運(yùn)動(dòng)方向會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn),這一點(diǎn)對(duì)于地球上的生命來說有十分重要的意義.從太陽或其它星體上,時(shí)刻都有大量的高能粒子流放出,稱為宇宙射線,這些高能粒子流,如果都到達(dá)地球,將對(duì)地球上的生物帶來危害.慶幸的是,地球周圍存在地磁場,地磁場改變宇宙射線中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向,對(duì)宇宙射線起了一定的阻擋作用. [教師補(bǔ)充] 宇宙射線是穿透力極強(qiáng)的輻射線,它們來自宇宙空間,從各個(gè)方向射向地球,20世紀(jì)初,我們想要獲得一個(gè)不受輻射影響的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,總是不能如愿,即使深入礦井內(nèi)部,仍然擺脫不開宇宙射線穿透性輻射的干擾,1912年,奧地利物理學(xué)家海斯乘氣球升空去探尋這些輻射的來源,他發(fā)現(xiàn),在氣球上升過程中,輻射不是減弱而是增強(qiáng)了,后來又發(fā)現(xiàn),兩極地區(qū)的輻射更為強(qiáng)大,說明它似乎受地球磁場的影響,表明它含有帶電粒子(如質(zhì)子),宇宙射線中的帶電粒子在穿越地磁場過程中,受到地磁場對(duì)它們的洛倫茲力的作用,運(yùn)動(dòng)方向會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn),對(duì)宇宙射線有一定的阻擋作用,大大減弱了到達(dá)地球表面的宇宙射線. 三、課堂練習(xí) 1.一電荷q在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng),下列說法正確的是(B) A.只要速度的大小相同,所受的洛倫茲力就相同 B.如果速度不變,把電荷q改為-q,洛倫茲力的方向?qū)⒎聪?,但大小不? C.洛倫茲力的方向一定與電荷速度方向垂直,磁場方向一定與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直 D.粒子在洛倫茲力作用下運(yùn)動(dòng)時(shí),動(dòng)能和動(dòng)量均不變 2.一個(gè)長螺線管中通有交變電流,把一個(gè)帶電粒子沿管軸線射入管中(不計(jì)重力),粒子將在管中(D) A.做圓周運(yùn)動(dòng) B.沿軸線來回運(yùn)動(dòng) C.做勻加速直線運(yùn)動(dòng) D.做勻速直線運(yùn)動(dòng) 3.如圖所示,銅質(zhì)導(dǎo)電板置于勻強(qiáng)磁場中,通電時(shí)銅板中電流方向向下,由于磁場的作用,則(C) A.板左側(cè)聚集較多電子,使b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn) B.板左側(cè)聚集較多電子,使a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn) C.板右側(cè)聚集較多電子,使a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn) D.板右側(cè)聚集較多電子,使b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn) 四、小結(jié) 本節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)了 1.洛倫茲力的定義即磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用. 2.用左手定則判斷洛倫茲力的方向. 3.在安培力的基礎(chǔ)上推導(dǎo)洛倫茲力的計(jì)算公式. 4.洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功. 五、板書設(shè)計(jì) 定義:磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力 (注:通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)) 方向判斷——左手定則 大小計(jì)算 f=qvB 洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功 洛倫茲力 六、作業(yè):創(chuàng)新作業(yè) P117 1—11- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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