1、第四節 磁場對運動電荷的作用（例題可更根據自己所帶班級具體情況進行選擇、變更或添加）教學目標一、知識目標1.知道什么是洛倫茲力.2.利用左手定則會判斷洛倫茲力的方向.3.知道洛倫茲力大小的推理過程.4.掌握垂直進入磁場方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計算.5.了解v和B垂直時的洛倫茲力大小及方向判斷.6.理解洛倫茲力對電荷不做功.二、能力目標通過洛倫茲力大小的推導過程進一步培養學生的分析推理能力.三、德育目標讓學生認真體會科學研究最基本的思維方法:“推理假設實驗驗證”.教學重點1.利用左手定則會判斷洛倫茲力的方向.2.掌握垂直進入磁場方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計算.教學難點1.洛倫茲

2、力對帶電粒子不做功.2.洛倫茲力方向的判斷.教學方法講述法、分析推理法、講練法教學過程一、引入新課復習提問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學生上黑板做，解答如下：若已知上圖中：B=4.0×10-2 T，導線長L=10 cm，I=1 A.求：導線所受的安培力大小？學生解答已知：B=4×10-2 T I=1 A L=10 cm=0.1 m求F.解：F=BIL=4×10-2 T×1 A×0.1 m=4×10-3 N答：導線受的安培力大小為4×10-3 N.2.什么是電流？電荷的定向移動形

3、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，我們會想到：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.演示實驗觀察磁場是否對運動電荷有作用.電子射線管的原理：從陰極發射出來電子，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出熒光，可以顯示電子束的運動軌跡.實驗結果在沒有外磁場時，電子束沿直線運動，將蹄形磁鐵靠近電子射線管，發現電子束運動軌跡發生了彎曲.引導學生分析得出結論磁場對運動電荷有作用.二、新課教學第四節 磁場對運動電荷的作用（一）洛倫茲力：運動電荷在磁場中受到的作用力.通電導線在磁場中所受安培力是洛倫茲力的宏觀

4、表現.運動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.電流方向和電荷運動方向的關系.3.F安的方向和洛倫茲力方向關系.4.電荷運動方向、磁場方向、洛倫茲力方向的關系.答1.上圖甲中安培力方向為垂直電流方向向上，乙圖安培力方向為垂直電流方向向下.2.電流方向和正電荷運動方向相同，和負電荷運動方向相反.3.F安的方向和正電荷所受的洛倫茲力的方向相同，和負電荷所受的洛倫茲力的方向相反.4.學生分析總結.（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，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動的方向，那

5、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動的反方向，那么拇指所指的正方向就是負電荷所受洛倫茲力的方向.練習題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.解答1.甲中正電荷所受的洛倫茲力方向向上.2.乙中正電荷所受的洛倫茲力方向向下.3.丙中正電荷所受的洛倫茲力方向垂直于紙面指向讀者.4.丁中正電荷所受的洛倫茲力的方向垂直于紙面指向紙里.（三）洛倫茲力的大小現在我們來研究一下洛倫茲力的大小.若有一段長度為L的通電導線，橫截面積為S，單位體積中含有的自由電荷數為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

6、的磁場中.問題這段導體所受的安培力為多大？答F安=BIL問題由第十五章第1節的思考和討論，電流強度I的微觀表達式是多少？答I的微觀表達式為I=nqSv問題這段導體中含有多少自由電荷數？答這段導體中含有的電荷數為nLS.問題每個自由電荷所受的洛倫茲力大小為多大？答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為nLS,所以投影出示板書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：vB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？有興趣的同學課下探討，教師不做重點講解.由通電導線不垂直于磁場對受到的安培

7、力入手分析，F安=BILsin，可得f=qvBsin.說明：（1）角為電荷運動方向和磁場方向的夾角.(2)=90°時f=qvB;=0°時F=0.(3)因為B為矢量Bsin為B在垂直于v方向上的分量.Bcos為B沿v方向上的分量.(4)因為v為矢量：f=qvBsin可寫成f=qBvsin.vsin理解為v在垂直于B方向上的分量.f=qvBsin為電荷運動方向與磁場方向的夾角討論：=90°時，f=qvB=0°時，f=0,v和B在同一直線上，不受洛倫茲力.練習題1.電子的速率v=3×106 m/s，垂直射入B=0.10 T的勻強磁場中，它受到的洛倫茲

8、力是多大？應答f=qvB=1.60×10-19×3×106×0.10=4.8×10-14 N2.來自宇宙的質子流，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C.相對于預定點稍向西偏轉D.相對于預定點稍向北偏轉答B.地球表面地磁場方向由南向北，質子是氫原子核帶正電，根據左手定則可判定，質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？說明理由.教師引導學生分析得洛倫茲力的方向垂直于v和B

9、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.洛倫茲力對電荷不做功.問題閱讀課文，說明運動電荷在磁場中受洛倫茲力偏轉有何現實意義？答運動電荷在磁場中受到洛倫茲力的作用，運動方向會發生偏轉，這一點對于地球上的生命來說有十分重要的意義.從太陽或其他星體上，時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，如果都到達地球，將對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動方向，對宇宙射線起了一定的阻擋作用.教師補充宇宙射線是穿透力極強的輻射線，它們來自宇宙空間，從各個方向射向地球，20

10、世紀初，我們想要獲得一個不受輻射影響的實驗環境，總是不能如愿，即使深入礦井內部，仍然擺脫不開宇宙射線穿透性輻射的干擾，1912年，奧地利物理學家海斯乘氣球升空去探尋這些輻射的來源，他發現，在氣球上升過程中，輻射不是減弱而是增強了，后來又發現，兩極地區的輻射更為強大，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，運動方向會發生偏轉，對宇宙射線有一定的阻擋作用，大大減弱了到達地球表面的宇宙射線.一電荷Q在某一勻強磁場中沿垂直于磁場方向的圓周運動，判斷下面幾種說法是否正確，并說明理由.A.只要速度的大小相同，所受的

11、洛倫茲力就相同B.如果速度不變，把電荷Q改為-Q，洛倫茲力的方向將反向，但大小不變C.如果速度不變，把B反向，洛倫茲力的方向將反向，但大小不變答A不正確.如果速度的方向變了，所受洛倫茲力的方向也會變.B正確.速度不變，即速度的大小和方向都不變，根據f=qvB可知洛倫茲力的大小不變；因為-Q受力方向和+Q受力方向相反，可見洛倫茲力的方向將反向.C正確.由于速度不變，故F的大小不變；根據左手定則可知，當B反向時，洛倫茲力的方向將反向.三、小結本節課我們主要學習了1.洛倫茲力的定義即磁場對運動電荷的作用.2.用左手定則判斷洛倫茲力的方向.3.在安培力的基礎上推導洛倫茲力的計算公式.4.洛倫茲力對運動

12、電荷不做功.四、作業1.復習本節課文.2.練習三3.預習 第五節 帶電粒子在磁場中的運動 本節優化訓練設計（訓練題可更根據自己所帶班級具體情況進行選擇、變更或添加）1.在只受洛倫茲力的條件下，關于帶電粒子在勻強磁場中運動，下列說法正確的有_A.只要粒子的速度大小相同，帶電量相同，粒子所受洛倫茲力大小就相同B.洛倫茲力只改變帶電粒子的運動軌跡C.洛倫茲力始終與速度垂直，所以洛倫茲力不做功D.洛倫茲力始終與速度垂直，所以粒子在運動過程中的動能、動量保持不變2.如圖所示，一只陰極射線管，左側不斷有電子射出，若在管的正下方放一通電直導線AB時，發現射線的徑跡往下偏，則_A.導線中的電流從A流向BB.導

13、線中的電流從B流向AC.若要使電子束的徑跡向上偏，可以通過改變AB中的電流方向來實現D.電子束的徑跡與AB中的電流方向無關3.如圖，在真空中勻強電場的方向豎直向下，勻強磁場方向垂直于紙面向里，3個油滴a、b、c帶有等量同種電荷，其中a靜止，b向右勻速運動，c向左勻速運動，比較它們重力的關系，正確的是_A.Ga最大B.Gb最小C.Gc最大D.Gb最大4.如圖所示，銅質導電板置于勻強磁場中，通電時銅板中電流方向向下，由于磁場的作用，則_A.板左側聚集較多電子，使b點電勢高于a點B.板左側聚集較多電子，使a點電勢高于b點C.板右側聚集較多電子，使a點電勢高于b點D.板右側聚集較多電子，使b點電勢高于

14、a點5.電子以初速度v0垂直進入磁感應強度為B的勻強磁場中，則_A.磁場對電子的作用力始終不變B.磁場對電子的作用力始終不做功C.電子的動量始終不變D.電子的動能始終不變6.一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，粒子將在管中_不計重力影響.A.做圓周運動B.沿軸線來回運動C.做勻加速直線運動D.做勻速直線運動7.長直導線AB附近有一帶電的小球，由絕緣絲線懸掛在M點，當AB中通以如圖所示的恒定電流時，下列說法正確的是_A.小球受磁場力作用，方向與導線垂直指向紙里B.小球受磁場力作用，方向與導線垂直指向紙外C.小球受磁場力作用，方向與導線垂直向左D.小球不受磁場力作用8.如圖

15、所示，一個帶負電的物體從絕緣粗糙斜面頂端滑到底端時的速度為v，若加上個垂直紙面向外的磁場，則滑到底端時_A.v變大B.v變小C.v不變D.不能確定v的變化9.如左下圖所示，勻強電場方向水平向右，勻強磁場方向垂直于紙面向里，一質量為m，帶電量為q的微粒以速度v與磁場方向垂直，與電場成45°角射入復合場中，恰能做勻速直線運動，求電場強度E的大小，磁感應強度B的大小.10.如右上圖所示，一質量為m，帶電量為+q的小球靜止在光滑的絕緣平面上，并處在磁感應強度為B，方向垂直紙面指向紙內的勻強磁場中，為了使小球能漂離平面，該勻強磁場在紙面移動的最小速度應為多少？方向如何？參考答案：1.解析：帶電

16、粒子在勻強磁場中所受的洛倫茲力的大小不但與速度的大小有關，而且與速度的方向有關，當帶電粒子的速度方向與磁場方向垂直時，粒子所受的洛倫茲力最大；當粒子的速度方向與磁場方向平行時，帶電粒子不受洛倫茲力的作用，速度大小相同的粒子，沿不同方向進入磁場時所受的洛倫茲力的大小不同，所以選項A不正確.由于洛倫茲力的方向始終與速度方向垂直，所以洛倫茲力只改變速度的方向，不改變速度的大小，動能保持不變，洛倫茲力不做功；但在洛倫茲力的作用下，粒子的運動方向要發生變化，動量就要發生變化，所以本題的正確選項應為B、C.答案：BC2.解析：由于AB中通有電流，在陰極射線管中產生磁場，電子受到洛倫茲力的作用而發生偏轉，由

17、左手定則可知，陰極射線管中的磁場方向垂直紙面向內，所以根據安培定則，AB中的電流方向應為從B流向A，當AB中的電流方向變為從A流向B，則AB上方的磁場方向變為垂直紙面向外，電子所受的洛倫茲力變為向上，電子束的徑跡變為向上偏轉，所以本題的正確答案應為B、C.答案：BC3.解析：由a靜止可以判定它不受洛倫茲力作用，它所受的重力與電場力平衡，如右圖所示，由電場力方向向上可知，a一定帶負電，因3個油滴帶有同種電荷，所以B、C也一定帶等量的負電，所受電場力相同，大小都為F=qE,由于b、c在磁場中做勻速運動，它們還受到洛倫茲力作用，受力如圖所示，由平衡條件得Ga=qE Gb=qE-F1 Gc=qE+F2

18、，所以有Gc>Ga>Gb，故B、C正確.答案：BC4.解析：銅板導電是靠自由電子的定向移動，電流方向向下，則電子相對磁場定向移動方向向上，根據左手定則，電子受洛倫茲力方向向右，致使銅板右側聚集較多電子，左側剩余較多正離子，板中逐漸形成方向向右的水平電場，直到定向移動的自由電子受到的洛倫茲力與水平電場力平衡為止，所說由于磁場的作用，整個銅板左側電勢高于右側，即Ua>Ub.答案：C5.解析：力和動量都是矢量，動能是標量，垂直磁場運動的電子受洛倫茲力作用，洛倫茲力方向時刻跟電子速度方向垂直，所以洛倫茲力不做功，這樣電子的動能就不變，而電子的速度方向卻時刻改變，所以電子的動量一定發生變化，據f=qvB可知，電子受到的洛倫茲力僅是大小保持不變，方向隨電子的速度方向而時刻