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1、35运动电荷在磁场中的作用力教学设计课题3.5运动电荷在磁场中的作用力教学 目标L知识与技能（1）了解洛仑兹力概念，知道运动电荷受洛仑兹力的条件；（2）通过实验了解决定洛仑兹力方向及大小的因素，知道洛仑兹力 既垂直磁场又垂直速度；（3）会用左手定那么判断洛仑兹力方向；（4）知道洛仑兹力大小的计算式：/=3及成立条件，并用它解决简单问题。2 .过程与方法（1）通过类比认识安培力和洛仑兹力的关系；（2）通过实验及讨论得出判断洛仑兹方向的方法；（3）通过安培力和洛仑兹力关系，推导洛仑兹力表达式。3 .情感态度与 价值观引导学生进一步学会观察、分析、推理，培养学生的科学思维和研 究方法。教材 分析本节
2、既是安培力知识的延续，又是为下一节内容打基础，而且在以后的力学综合问题 中经常会涉及洛仑兹力与电场力等其它力的综合。重、难点1、左手定那么的归纳过程；2、洛仑兹力不做功的理解；3、洛仑兹力大小计算式的推导。学情 分析学生已经对安培力有较深刻的认识，知道它方向的判定和大小的计算，所以可以通过 实验和比拟两个方向来突破洛仑兹力方向判定这一难点，而这也是我们研究常做的两 个方向。另外，宏观和微观的联系学生比拟难理解，需要我们老师给学生搭梯子，设 .土电 旧乐。器材及技 条形磁铁、阴极射线管、正方体萝卜（大量）、红黑空三色笔芯（大量），手机 术手段 同屏。教学 主线r一一 1二二二通过极光，建; i模
3、，引出实验。;1、实验演示；：2、得出洛仑兹力。（1、111引入口*1、 、洛仑兹力r1、通过实验及道具找出B、v、F三者关系；：2、总结左手定那么；3、练习应用。r*1、安培力和洛仑兹力的关系；：2、通过安培力表达式,推导洛仑兹力表达式；：3、练习应用。;.11洛仑兹卜力方向、1、宏观与微观关系；1i 2、洛仑兹力不/1X-tZr X.41比拟洛J 安J2仔兹力和 音力 / Z/ Z/ / Jy洛仑玄;力大小教学过程师生活动（一）引入新课同学们，你们见过极光吗？【视频】播放极光视频。（极光是一种绚丽多彩的发光现象，其发生是 由于太阳的高能带电粒子流进入地球磁场，在地球南北两极附近地区的高 空
4、，夜间出现的灿烂美丽光辉的现象。地球的极光是由太阳的高能带电粒 子流与高层大气分子撞击而产生的。）学生：观看极光视频，思考极光产生的条件。【问题1】1、极光的产生需要什么条件？（猜测）学生回答：地磁场，高能粒子流（运动电荷），大气。（高能是指动能。） 极光的产生机理是比拟复杂的，但其产生的主要原因“可能”跟磁场、 运动电荷及大气有关。为了检验同学们的猜测，我们可以利用实验室的器 材来研究运动电荷跟磁场之间的规律，从而找出极光产生的原因。（二）新课教学如何在实验室中实现这三个条件呢？1、磁场一磁铁（条形磁铁）。2、运动电荷一阴极射线管：从阴极发射出来的电子，在阴阳两极间的 高压作用下，使其加速，
5、经狭缝后，形成一带状电子 中子束焚缝 束（看不见），电子束轰击到长条形的荧光屏上激发荧姿 光，可以显示电子束的运动轨迹。（荧光屏相当于大气）阴极弋阳极（如图1）学生：了解阴极射线管工作机理。下面我们通电观察下。【演示1】（1） 一般放置一一阴极射线发生偏转；（2）平行放置一一不发生偏转；（3）垂直放置一一偏转最厉害。平行放置一般放置垂直放置说明：运动电荷在磁场中会受到力的作用。这个力称之为洛仑兹 力。我们知道，力是矢量，要研究一个力，必然要从力的方向，大小，作 用效果等角度去研究。下面我们就从方向、大小两个角度来研究洛仑兹力。一.洛仑兹力的方向刚才的实验中，涉及到了三个量：磁场，运动电荷，洛仑
6、兹力。类比 之前研究安培力中，也涉及三个量：磁场，电流，安培力，其中安培力分 别垂直电流和磁场，当时我们是怎么来研究磁场、电流、安培力三者之间 关系的？学生：通过萝卜上插笔芯的方法，总结出左手定那么激发学生兴 趣，思考极光 产生的条件。暗示：建模建模：运动电 荷在磁场中受 力。知道洛仑兹 力，指出研究 思路。学生联想安培 力方向的研究 方法，类比其 性质特点，找 出可行的研究 方向。通过前面的实验发现，我们的洛仑兹力同时垂直磁场和运动方向。所 以，我们可以尝试继续用之前的萝卜笔芯模型，来研究洛仑兹力的方向。【演示2】教师演示，学生观察并动手插笔芯。规定：黑色笔芯表示 磁场，笔尖表示方向；空笔芯
7、表示电子（负电荷）的运动方向；红笔芯表 示洛仑兹力方向。【学生活动1】（学生观察四种情况，结合4副立体图，分组插笔芯， 并展示）将学生展示的四种情况，通过翻转，变成一致。这四种情况都是一样的！下面请大家找个方法，来描述洛仑兹力与磁 场、电荷运动方向之间的关系。【问题2能否也用左手定那么来判断洛仑兹力方向呢？（提示，电荷 是有正负的。）可以，四指方向指向正电荷的运动方向（与负电荷运动方向相反）即 可。（如果有学生提及右手定那么，那么尝试让学生比拟左右手哪种更合适。甚 至可以把问题3提前）学生思考、探 究BFV三者关 系。得出左手定那么 在这里也可以 用。学生思考、探 究BFV三者关 系。得出左手
8、定那么 在这里也可以 用。通过实验及大家的智慧，我们得到了洛仑兹力方向的判断方法：左手练习巩固左右 定那么来判断洛 仑兹力。图 3.5-7判断洛伦兹力的方向定那么。【练习11教材课后练习知道洛仑兹力 的特点。理论角度分析 洛仑兹力与安 培力的关系， 并得出洛仑兹 力的方向用左 手定那么也可以 判定。知道安培力与 洛仑兹力的关 系。【思考1】（1）洛仑兹力方向与带电粒子的运动方向有什么关系？ F洛_Lv（2）洛仑兹力对带电粒子的速度有什么影响？F洛只改变速度方向，不改变大小。（3）洛仑兹力对带电粒子做的功是多少？F洛不做功。【问题3前面我们是通过实验总结出用左手定那么判定洛仑兹力方向。 有没有同
9、学不通过实验，从理论角度论证左手定那么同样适用于洛仑兹力方 向判定？学生：左手定那么可以判定安培力，四指方向为电流方向。而电流实质 是电荷的定向移动。现在运动电荷其实就可以“等效”成电流。我们知道: 电流方向为正电荷定向移动的方向，而与负电荷定向移动方向相反。二.洛仑兹力的大小【问题4】结合实验结论及同学的观点，你觉得安培力和洛仑兹力存 在什么样的关系？洛仑兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力（集观），安培力是导线中 大量电荷定向移动时所受洛仑兹力的矢盾X xT x B X思路，同学 们尝试推导出洛仑兹力大小的表达式。MX X X Xx x x x *vX X X X指导学生推导 洛仑兹力表达
10、式。（u J_B ）X X X X【思考2】电荷的定向移动形成电流，安培力是导线中大量电荷定向 移动时所受洛仑兹力的矢量和。我们知道安培力表达式：F=BIL （Bl）o按 照这个思路，我们可以尝试推导单个电荷运动时候的洛仑兹力表达式。请 同学参考课本上的思考与讨论。（推导时，我们可以认为移动的是正电荷。）结论：洛仑兹力：F = qvB （ vB）F = vBsin 0 v 与 B 成。角【练习2】（三）板书设计3.5运动电荷在磁场中的作用力一一洛仑兹力1、F洛定义：磁场对运动电荷的作用力。极光！2、F洛的方向：左手定那么。（四指为等效电流方向）3、F洛的特点：总是垂直速度，只改变速度方向，不改变速度大小，不做 功！4、F洛与F安关系：F洛是F安的微观表达。5、F 洛的大小：F - qvB （ v J-B ）F=0（v/B）F = qvBsin 0 v 与 B 成。角反思