《磁場對運(yùn)動電荷的作用力》優(yōu)質(zhì)課比賽教學(xué)設(shè)計(jì)

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1、《磁場對運(yùn)動電荷的作用力》教學(xué)設(shè)計(jì) 本節(jié)教材的重點(diǎn)是洛侖茲力產(chǎn)生的條件，洛侖茲力的大小和方向，難點(diǎn)是公式f=Bqv的推導(dǎo)，為突出重點(diǎn)和難點(diǎn)，該節(jié)內(nèi)容不涉及帶電粒子在磁場中的運(yùn)動軌跡等問題。 洛侖茲力與重力、彈力及摩擦力相比是比較抽象的，理解上也有一定的難度。直接指出該力的產(chǎn)生原因再進(jìn)行推導(dǎo)，最后由實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證也完全可以。然而考慮到該力的抽象性，從已知的安培力產(chǎn)生的本質(zhì)原因入手，來解決這個問題會使學(xué)生更容易接受洛侖茲力大小計(jì)算式（f=qvBsinθ）的推導(dǎo)體現(xiàn)了物理與數(shù)學(xué)兩門學(xué)科密切的關(guān)系，善于利用數(shù)學(xué)工具解決物理問題是學(xué)好物理必不可少的前提條件之一。整體教學(xué)過程安排的設(shè)想是為了培養(yǎng)學(xué)生用分析、

2、猜想、實(shí)驗(yàn)（觀察）、理論驗(yàn)證的科學(xué)方法探求新知識的能力 〖教學(xué)目標(biāo)〗 1．知識和技能： ①了解什么是洛侖茲力。 ②明確通電導(dǎo)線在磁場中的受力是其中運(yùn)動電荷在磁場中受到洛侖茲力的宏觀體現(xiàn)。 ③掌握判斷洛侖茲力方向的法則。 ④能夠推導(dǎo)計(jì)算洛侖茲力大小的公式（f=qvBsinθ）。 2．過程和方法： ①通過觀察演示實(shí)驗(yàn)認(rèn)識并驗(yàn)證帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的受力情況，借此培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、分析問題的能力。，然后啟發(fā)指導(dǎo)學(xué)生自己推導(dǎo)公式f=qvB。 ②引導(dǎo)學(xué)生用分析、猜想、實(shí)驗(yàn)（觀察）、理論驗(yàn)證的科學(xué)方法探求新知識，增強(qiáng)他們的能力。 3.情感態(tài)度與價值觀:

3、 過本節(jié)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的方法論思想：即“推理——假設(shè)——實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證” 【重點(diǎn)難點(diǎn)疑點(diǎn)及解決辦法】 1．重點(diǎn)使學(xué)生理解安培力產(chǎn)生的根本原因是運(yùn)動粒子在勻強(qiáng)磁場中受到洛侖茲力的作用，并掌握計(jì)算洛侖茲力的大小、判斷洛侖茲力方向的方法。 2．推導(dǎo)洛侖茲力大小的計(jì)算公式（f=qvBsinθ）有些抽象，學(xué)生不易認(rèn)識和理解，是教學(xué)的難點(diǎn)，應(yīng)加以注意。 3、疑點(diǎn):　　磁場對運(yùn)動電荷有作用力，磁場對靜止電荷卻沒有作用力。 4、解決辦法:　　引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生由安培力的概念得出洛侖茲力的概念，使學(xué)生深入理解洛侖茲力的大小和方向。 【師生互動活動設(shè)計(jì)】 　　教師先復(fù)習(xí)導(dǎo)入，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證洛侖茲力的存在

4、，然后啟發(fā)指導(dǎo)學(xué)生自己推導(dǎo)公式 。理解洛侖茲力方向的判定方向，注意與點(diǎn)電荷所受電場大小、方向的區(qū)別。 【主要教學(xué)過程】 （一）、設(shè)置問題，導(dǎo)入新課。 情景：如圖1所示，AB導(dǎo)體桿的兩端分別用細(xì)線懸掛于O1、O2兩點(diǎn)，AB導(dǎo)體桿處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場中。導(dǎo)線將受向外的安培力。 問題：那么，安培力產(chǎn)生的本質(zhì)原因是什么呢？開關(guān)的閉合與斷開關(guān)系到導(dǎo)體桿是否受到安培力。開關(guān)的閉合與斷開到底有什么本質(zhì)上的不同？ 分析：開關(guān)閉合后，AB中有定向移動的電荷，此時AB導(dǎo)體桿受到安培力。開關(guān)斷開后，AB中沒有定向移動的電荷，AB導(dǎo)體桿不受安培力。 【猜想與假設(shè)】  磁場對通電導(dǎo)線的安培力是否是作

5、用在大量運(yùn)動電荷上的力上的呢？，安培力是大量運(yùn)動電荷所受到的磁場力的宏觀體現(xiàn)呢？ （二）、洛侖茲力 1、實(shí)驗(yàn)探究：磁場對運(yùn)動電荷有力的作用。 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏菣z驗(yàn)我們的猜測。因此，必須先提供運(yùn)動電荷和磁場。此外，如何顯示帶電粒子的運(yùn)動也是需要認(rèn)真考慮的問題。 解決方案：感應(yīng)圈產(chǎn)生高壓，加在機(jī)械效應(yīng)陰極射線管上可觀察到葉輪發(fā)光并轉(zhuǎn)動。若高壓反向，則葉輪向相反方向轉(zhuǎn)動。這樣的方法得到帶負(fù)電的粒子流——陰極射線。 用改進(jìn)的裝置，直進(jìn)陰極射線管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。介紹儀器結(jié)構(gòu)后，外加高壓，出現(xiàn)一條亮線。加外部磁場并觀察現(xiàn)象：亮線發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 改變磁場的方向，觀察磁場力的方向。 結(jié)論：亮線表示的是帶負(fù)電粒

6、子流的運(yùn)動軌跡，在外部磁場的作用下運(yùn)動方向發(fā)生變化，表明其有加速度，進(jìn)一步判定帶負(fù)電粒子受到力的作用。猜測得到驗(yàn)證。 2、洛侖茲力：從演示實(shí)驗(yàn)中可以觀察到：陰極射線（電子流）在磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即實(shí)驗(yàn)證明了磁場對運(yùn)動電荷有力的作用，這一力稱為洛侖茲力． 學(xué)生思考：洛侖茲力產(chǎn)生的條件？ 3、洛侖茲力方向的判斷 進(jìn)一步觀察電子束垂直進(jìn)入磁場時的偏轉(zhuǎn)，并改變磁場方向。在黑板上作圖表示，讓同學(xué)找出一種判斷方法。也可聯(lián)系安培力方向的判斷推理確定洛侖茲力方向的判斷方法——左手定則。 結(jié)論：洛侖茲力的方向判斷也遵循左手定則。 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

7、磁場中，讓磁感線垂直穿入手心，若四指指向正電荷運(yùn)動的方向（或負(fù)電荷運(yùn)動的反方向），那么拇指所受的方向就是電荷所受洛倫茲力的方向。 4、理論探索：洛侖茲力的大小 情景：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，每個自由電荷的電量為q，定向移動的平均速率為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？ 問題；電流強(qiáng)度I的微觀表達(dá)式是多少？ 問題:這段導(dǎo)體中含有多少自由電荷數(shù)？ 問題:每個自由電荷所受的洛倫茲力大小為多大？ 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？

8、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)動速度方向與磁場方向的夾角 討論：θ=90時，f=qvB θ=0時，f=0,v和B在同一直線上，不受洛倫茲力. ［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，從各個方向射向地球，20世紀(jì)初，我們想要獲得一個不受輻射影響的實(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

9、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，受到地磁場對它們的洛倫茲力的作用，運(yùn)動方向會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，對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. 例題分析：如圖3所示，某一帶電粒子垂直射入一個垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，并經(jīng)過P點(diǎn)，試判斷帶電粒子的電性。 點(diǎn)撥：帶電粒子向下偏轉(zhuǎn)，說明洛侖茲力向下，由左手定則 可知，帶電粒子帶負(fù)電。 （三）電視顯像管的原理 【情景】：從圖4中可以看出，沒有磁場時電子束休在熒光屏正中的0點(diǎn)。為使電子束偏轉(zhuǎn)，由安裝在管頸的偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場。 【問題】 1、如果要

10、使電子束在豎直方向偏離中心，打在熒光屏上的A點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向？ 2、如果要使電子束打在B點(diǎn)，磁場應(yīng)該沿什么方向？ 3、如果要使電子束打在熒光屏的位置由B逐漸向A點(diǎn)移動，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該怎樣變化？ 【點(diǎn)撥】： 1、由于電子帶負(fù)電向右運(yùn)動，可由左手定則得出磁場向外。 2、同理磁場應(yīng)向里。 3、磁場應(yīng)向外的逐漸減小到零然后反向增大。 （四）、課堂練習(xí) 1．一電荷q在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動，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

11、方向垂直，磁場方向一定與電荷運(yùn)動方向垂直 D.粒子在洛倫茲力作用下運(yùn)動時，動能和動量均不變 2．一個長螺線管中通有交變電流，把一個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 B.沿軸線來回運(yùn)動 C.做勻加速直線運(yùn)動 D.做勻速直線運(yùn)動 3．如圖所示，銅質(zhì)導(dǎo)電板置于勻強(qiáng)磁場中，通電時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)電勢高于a點(diǎn) B.板左側(cè)聚集較多電子，使a點(diǎn)電勢高于b點(diǎn) C.板右側(cè)聚集較多電子，使a點(diǎn)電勢高于b點(diǎn) D.板右側(cè)聚集較多電子，使b點(diǎn)電勢高于a點(diǎn) 第 6 頁 共 6 頁