1、磁场对运动电荷的作用力 北京五中 郭旭光 一、教学目标1 在物理知识方面的要求： 了解什么是洛仑兹力。 明确通电导线在磁场中的受力是其中运动电荷在磁场中受到洛仑兹力的宏观体现。 掌握判断洛仑兹力方向的法则。 能够推导计算洛仑兹力大小的公式（f=qvBsin）。2 通过观察演示实验认识并验证带电粒子在匀强磁场中的受力情况，借此培养学生观察能力、分析问题的能力。3 引导学生用分析、猜想、实验（观察）、理论验证的科学方法探求新知识，增强他们的能力。 二、重点、难点分析1 重点使学生理解安培力产生的根本原因是运动粒子在匀强磁场中受到洛仑兹力的作用，并掌握计算洛仑兹力的大小、判断洛仑兹力方向的方法。2
2、推导洛仑兹力大小的计算公式（f=qvBsin）有些抽象，学生不易认识和理解，是教学的难点，应加以注意。 三、教具 感应圈、机械效应阴极射线管、直进阴极射线管、马蹄形磁铁。 四、主要教学过程 （一）复习引入新课 如图 1 所示，AB 导体杆的两端分别用细线悬挂于 O1、O 2两点，AB 导体杆处于竖直向下的匀强磁场中。提问：当开关闭合时，原本处于静止状态的导体杆状态将如何？通电直导线在垂直于自身的匀强磁场中会受到安培力的作用。依据左手定则，AB 导体杆受到一个垂直黑板向外的安培力，因此 AB 导体杆将向黑板外的方向运动。 （二）教学过程设计1 分析 那么，安培力产生的本质原因是什么呢？开关的闭合
3、与断开关系到导体杆是否受到安培力。开关的闭合与断开到底有什么本质上的不同？ 开关闭合后，AB 中有定向移动的电荷，此时 AB 导体杆受到安培力。开关断开后，AB 中没有定向移动的电荷，AB 导体杆不受安培力。2 猜测 运动电荷在磁场中会受到磁场力，安培力是大量运动电荷所受到的磁场力的宏观体现。3 实验（观察） 实验目的是检验我们的猜测。因此，必须先提供运动电荷和磁场。此外，如何显示带电粒子的运动也是需要认真考虑的问题。 解决方案：感应圈产生高压，加在机械效应阴极射线管上可观察到叶轮发光并转动。若高压反向，则叶轮向相反方向转动。这样的方法得到带负电的粒子流阴极射线。 用改进的装置，直进阴极射线管
4、进行实验。介绍仪器结构后，外加高压，出现一条亮线。加外部磁场并观察现象：亮线发生偏转。猜测得到验证。亮线表示的是带负电粒子流的运动轨迹，在外部磁场的作用下运动方向发生变化，表明其有加速度，进一步判定带负电粒子受到力的作用。 改变磁场的方向，观察磁场力的方向。研究磁场方向与磁场力方向的关系并检验左手定则是否适用。4 理论推导 洛仑兹力：运动电荷在磁场中所受到的力叫做洛仑兹力。 依据安培力是大量运动电荷所受到的磁场力的宏观体现，可利用安培力计算单个运动电荷受到的洛仑兹力的大小 f。 在恒定电流中，自由电荷的定向运动可视为速度为 v 的匀速运动，引入 分析：截取两横截面 A 和 B，当 AB 导体杆
5、中流过恒定电流 I 时，经历时间t0，则有 N 个带电量为 q 的粒子通过 A 截面且必定有相同的 N 即洛仑兹力的大小等于带电粒于的电量 q、电荷的速度大小 v、磁感应强度 B以及速度与磁感应强度方向间夹角 的正弦 sin 的乘积。在 q、v 保持不变的前提下，洛仑兹力的大小随着磁感应强度的大小以及速度与磁感应强度方向间夹角 的变化而变化。=90即速度方向与磁感应强度垂直，洛仑兹力最大；=0或 =180即速度方向与磁感应强度方向在一条直线上，电荷受到的洛仑兹力最小，等于零。5 几个关键点 公式 f=qvBsin 中， q、v、 B、 的含义。q ：带电粒子所带电量的绝对值。v ：带电粒子运动
6、的速率。B ：磁场磁感应强度的大小。 ：带电粒子运动方向与磁感应强度方向夹角。 应用左手定则判断方向时必须让磁感线穿入手心，四指指向正电荷运动的方向，此时拇指所指的方向才是洛仑兹力的方向。若带电粒子所带电性为正，四指指向就是带电粒子运动方向；若带电粒子电性为负，四指指向粒子运动的相反方向。 （三）课堂小结 本节课主要研究了一种新型的力洛仑兹力。我们知道一切磁现象都可以归结为运动电荷间通过磁场的作用磁现象的电本质。洛仑兹力恰恰是运动电荷在磁场所受到的作用。它的方向仍然服从左手定则，它的大小用公式f=qvBsin 计算。安培力实际上是大量规律运动的带电粒子所受洛仑兹力的宏观体现。 例 1：如图 3
7、 所示，某一带电粒子垂直射入一个垂直纸面向外的匀强磁场，并经过 P 点，试判断带电粒子的电性。（负） 例 2：有一束粒子，其中有正电性的、负电性的还有不带电的粒子，如何区分开它们？（通过一垂直于粒子运动方向的磁场） 五、说明 洛仑兹力与重力、弹力及摩擦力相比是比较抽象的，理解上也有一定的难度。直接指出该力的产生原因再进行推导，最后由实验验证也完全可以。然而考虑到该力的抽象性，从已知的安培力产生的本质原因入手，来解决这个问题会使学生更容易接受洛仑兹力大小计算式（f=qvBsin）的推导体现了物理与数学两门学科密切的关系，善于利用数学工具解决物理问题是学好物理必不可少的前提条件之一。整体教学过程安排的设想是为了培养学生用分析、猜想、实验（观察）、理论验证的科学方法探求新知识的能力。
