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磁场对运动电荷的作用力参考资料
3.4磁场对运动电荷的作用力——洛伦兹力预习案
↓【预习目标】
1.知道什么是安培力,知道什么是洛伦兹力
2.洛伦兹力公式表达式是什么,方向是如何?
3.洛伦兹力公式表达式是怎么得来的
【预习内容】知识点1
是洛伦兹力
2.洛伦兹力的表达式是
3..洛伦兹力公式的推导
4..匀速圆周运动的公式有哪些
5.洛伦兹力对运动电荷是否做功,为什么?
6.洛伦兹力的方向是怎么确定的?
知识点2:
预习作业:
1.下列说法中,正确的是:
()
(1)磁感强度是矢量,它的方向与通电导线在磁场中的受力方向相同;
(2)磁感强度的单位是特斯拉,1T=1N/A•m;
(3)磁通量的大小等于穿过磁场中单位面积磁感线的条数;
(4)磁通量的单位是韦伯,1Wb=1T•m2。
A.只有
(2)(4);B.只有
(2)(3)(4);
C.只有
(1)(3)(4);D.只有
(1)
(2);
2.如图一带电的小球从光滑轨道高度为h处下滑,沿水平进入如图匀强磁场中,恰好沿直线由a点穿出场区,则正确说法是
A.小球带正电B.小球带负电
C.球做匀变速直线运动D.磁场对球做正功
3.安培的分子环流假设,可用来解释
A.两通电导体间有相互作用的原因B.通电线圈产生磁场的原因
C.永久磁铁产生磁场的原因D.铁质类物体被磁化而具有磁性的原因
4.如图16-4所示,在示波管下方有一根水平放置的通电直电线,则示波管中的电子束将()
A.向上偏转;B.向下偏转;C.向纸外偏转;D.向纸里偏转.
5.如图所示,条形磁铁放在水平粗糙桌面上,它的右上方附近固定有一根长直导线,导线中通与了方向垂直纸面向里(即与条形磁铁垂直)的电流,与原来没有放置通电导线时相比较,磁铁受到的支持力N和摩擦力f的变化情况是
A、N减小了B、N增大了C、f始终为0
D、f不为0,且方向向右
续备
磁场对运动电荷的作用力——洛伦兹力行课案
1.通过实验认识洛伦兹力,会用左手定则判断洛伦兹力的方向。
2.理解洛伦兹力是安培力的微观表现,并能由通电电流所受安培力推导出带电粒子受磁场作用的洛伦兹力,培养学生的推理、认知能力。
3.熟练的应用公式进行洛伦兹力大小的计算。
4.知道带电粒子在匀强磁场中垂直于磁场运动的特点。
【教学重难点】
一.重点:
洛伦兹力方向的判断方法(左手定则)和洛伦兹力大小计算公式的推导和应用。
二.难点:
电荷有正、负两种,在用左手定则判断不同的电荷受到的洛伦兹力方向时,要强调四指
所指方向应是正电荷运动方向或负电荷运动的反方向。
【教学方法】
理论探究法、实验演示(验证)法、讲练法。
【教学仪器】
阴极射线管、洛伦兹力演示仪、ppt课件
【教学过程】
一.引入新课
用ppt播放极光图片
提问:
同学们刚才欣赏的是神奇极光的照片。
你了解极光吗?
那位同学知道极光常发生在地球的什么地方吗?
学生:
极光常出现在地球的南极和北极地区。
提问:
极光为什么会出现在地球的南极和北极地区?
以及形成的原因你又知道多少?
一、进入新课
探究一洛伦兹力
(1)从微观的角度分析猜想磁场对运动的电荷有力的作用。
提问:
我们知道,将未通电的直导线放入磁场中,直导线不会受到安培力的作用;如果给不是平行放入磁场的直导线通电,直导线将受到安培力的作用。
思考一下,电流是大量的电荷定向移动而形成,由此请同学们从微观角度上分析猜想一下磁场对通电直导线的安培力产生的根本原因是什么?
(给一分钟时间让学生讨论,提出猜想)
学生:
提出猜想:
磁场是不是可能对运动的电荷有力的作用?
(2)设计实验验证猜想
提问:
很好,既然同学们提出了猜想——磁场可能对运动的电荷有力的作用。
那么我们就要用实验来验证一下这个猜想。
(介绍阴极射线管原理:
阴极射线管是一个真空放电管,阴极射线管的阴极能发射出电子,阴极射线管利用感应圈产生的高压在阴极射线管两极间产生加速电场,使阴极发射出的电子做加速直线运动形成电子束。
但电子束是用肉眼看不到的,为此在管中附有荧光屏,当电子打到荧光屏上时发出荧光,从而显示出电子束的运动径迹。
)
备
续一
提问:
现在我在阴极射线管两极加上高电压,请大家观察实验现象。
学生:
在荧光屏上看到一条亮线。
提问:
现在观察到了运动电子的径迹,请同学们设计一下实验,从而证实同学的猜想:
磁场对运动电荷有力的作用。
学生:
在阴极射线管的周围加一个磁场。
(师:
非常好。
)
提问:
把一个条形磁体的N极放到阴极射线管的近旁,注意让学生观察实验现象。
再调换磁体的极性,用S极放到阴极射线管的近旁,又看到了什么现象?
学生:
荧光屏上的亮线发生了弯曲,两次弯曲的方向不一样。
师生:
解释实验现象,得出实验结论。
(荧光屏上的亮线发生了弯曲,说明电子束的运动发生了偏转。
也就是说,运动的电荷受到了一个与运动方向存在夹角的力。
实验证实了磁场对运动的电荷有力的作用。
)
提问:
我们把运动的电荷在磁场中受的力称为洛伦兹力。
安培力是洛伦兹力的宏观表现,洛伦兹力是安培力的微观本质
提问:
简单解释极光产生的原因。
(3)洛伦兹力的方向
提问:
刚才实验中我们看到了当分别用条形磁体的N极与S极靠近阴极射线管时,电子束的径迹向不同的方向发生了弯曲,这是什么原因呢?
学生:
运动的自由电子所受的洛伦兹力的方向不同。
提问:
回顾安培力的判定方法:
左手定则,根据安培力方向的判定方法,你能否分析得到一个判断洛伦兹力方向的方法呢?
提问:
分别判断出甲、乙图中运动电荷所受洛伦兹力的方向,说出你的判断依据。
××××××××××
××××××××××
××××××××××
××××××××××
甲乙
学生:
b、甲图中洛伦兹力方向垂直速度方向向上;乙图中垂直速度方向向下
c、左手定则。
提问:
安培力是洛伦兹力的宏观表现,安培力的方向与洛伦兹力的方向相同。
洛伦兹力的方向也可以用左手定则来判断。
(伸开左手,使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内,把手放入磁场中,让磁感线垂直穿入手心,若四指指向正电荷运动的方向,那么拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。
若是
备
续
负电荷,则受力方向与正电荷的受力方向相反。
)
提问:
根据左手定则,判断以下四种情况运动电荷所受洛仑兹力方向。
(出示ppt课件)
(4)洛伦力的大小
以上我们讨论了洛伦兹力的方向跟磁场方向和运动电荷的速度方向有关。
那么洛伦兹
力的大小与那些因素有关呢?
提问:
关于这个问题还是要从安培力和洛伦兹力关系分析。
(根据电荷形成电流的意图)长度为L的导体放在垂直于纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场中,试分析思考以下问题:
1)、根据上图分析推理出安培力和洛伦兹力大小存在什么关系?
学生:
a、洛伦兹力的方向与安培力的方向相同;
b、安培力是洛伦兹力的宏观表现;(提问:
很好,观点很新颖。
)
c、安培力是洛伦兹力的合力。
(综上所述,安培力和洛伦兹力大小存在以下关系:
BIL=Nf)
提问:
可见,要确定洛伦兹力大小,首先要从微观角度上分析确定电流I、电子的总个
数
N的大小。
如果:
v是电荷定向移动的速度,q是电荷的电量,n是单位体积内的自由
电荷数。
根据以前学习的知识,同学们回忆一下:
在t秒内有多少个电荷通过导体某一截面?
备
续
电流强度的微观表达式是什么?
学生:
I=qnvs
提问:
试请大家推导出洛伦兹力的表达式。
(推导过程:
BqvnsL=NF洛,而N=LSn得到F洛=qvB)
学生:
理解公式的适用条件。
(带电粒子垂直射入匀强磁场即v⊥B)
提问:
请同学们解释一下前面实验过程为什么条形磁铁越靠近阴极射线管电子束弯曲程度越大。
(一位同学定性解释)
探究二带电粒子在磁场中运动
(1)运动轨迹
提问:
一带电粒子q以速度v平行射入匀强磁场中将怎样运动?
学生:
做匀速直线运动。
提问:
物体做匀速圆周运动需要什么样的受力条件?
学生:
物体做匀速圆周运动时,受力方向始终与速度方向垂直,并且大小不变。
提问:
(ppt)一带正电的粒子q以速度v垂直于磁场方向射入匀强磁场中,请同学分析这个粒子的受力情况?
学生:
只受洛伦兹力(不考虑重力)
提问:
洛伦兹力的大小和方向?
学生:
洛伦兹力的大小F洛=qvB,方向由左手定则判定可知,其方向是时刻与带电粒子
的瞬时速度方向垂直的。
提问:
洛伦兹力能不能改变带电粒子的速度?
学生:
由于洛伦兹力的方向时刻与带电粒子的速度方向垂直,所以它只能改变粒子的
速度方向而不能改变粒子速度的大小。
提问:
很好!
洛伦兹力只改变速度的方向,不改变速度的大小,从力的作用效果讲,
它类似我们前面学习的哪一个力?
学生:
向心力
提问:
推理分析一下:
微观带电粒子在匀强磁场中做什么样的运动?
学生:
匀速圆周运动。
提问:
如果微观带电粒子既不是平行也不是垂直射入匀强磁场将会做什么样的运动?
学生:
螺旋运动(提醒:
将速度进行分解,分解为平行磁场方向和垂直磁场方向两个
分量)
(2)实验验证
提问:
介绍洛伦兹力演示仪并演示带电粒子在没有加上磁场的运动情况。
备
续
学生:
粒子的运动轨迹是直线。
提问:
加上与运动方向垂直的匀强磁场后的运动情况。
学生:
粒子的运动轨迹弯成圆形。
提问:
演示改变B和v两种情况下电子射线径迹变化规律。
学生:
观察实验现象。
(3)轨道的半径和周期
提问:
如果一个质量为m,速度v的微观带电粒子垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中,带电粒子将做匀速圆周运动,那么,向心力是由什么力提供?
轨道半径多大?
周期多大?
学生:
a、洛伦兹力提供向心力;
b、如果匀速圆周运动的轨道半径是r,由洛伦兹力提供向心力有:
得:
c、由得:
提问:
由半径公式可以看出:
半径与带电粒子的质量和速度的大小乘积成正比,与匀
强磁场的磁感应强度和粒子所带电荷量乘积成反比。
提问:
周期的规律是一个非常重要的规律,遗憾的是我们今天无法用实验验证。
但我
们对这个规律必须有一个正确的理解。
凭我们的经验,跑步比赛时,跑的越快,历经
的时间越短。
为什么带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期与速度无关?
请谈一
谈自己的观点。
学生:
由于带电粒子在磁场中做匀速圆周运动时速度越大轨道半径r也就越大,周
长也就越大,所以周期不变。
(时间关系,周期规律的理解留给学生课后去思考)
附:
课堂小结:
一、洛伦兹力
1、运动的电荷在磁场中受的力
2、洛伦兹力方向:
左手定则
3、洛伦兹力的大小:
二、带电粒子在匀强磁场中的运动
思
反
学
教
1、运动轨迹
(1)当v∥B时:
匀速直线运动
(2)当v⊥B时:
匀速圆周运动
(3)当v与B成角度θ时:
螺旋运动
2、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动
(1)轨道半径:
(2)运动周期:
板书:
1、磁场对运动电荷的作用——洛伦兹力
一、洛伦兹力
1、定义:
运动的电荷在磁场中受到的磁场力
2、方向:
左手定则
3、大小:
二、带电粒子在磁场中的运动
1、运动的轨迹:
当v⊥B时做匀速圆周运动
2、轨道的半径和周期:
课后作业:
教材97页“练习与评价”第1、2、4做在书上,第3题做在本子上。
【磁场对运动电荷的作用力——洛伦兹力课后练习案】
1.如图所示,将两个半径相同、粗细相同互相垂直的圆形导线圈固定在
一起,其圆心恰重合,两线圈通以了相同大小的电流。
设每个线圈中电流在圆
心处产生磁感应强度均为1T,则圆心O处的磁感应强度大小是
A.1TB.1.4TC.2TD.1.7T
2、有三
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
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- 磁场 运动 电荷 作用力 参考资料