1、第 1 页 共 8 页5.5 探究洛伦兹力陕西省靖边中学 张永好三维目标1、知识与技能(1) 知道什么是洛伦兹力，利用左手定则判断洛伦兹力的方向。(2) 知道洛伦兹力大小的推理过程。(3) 理解洛伦兹力对电荷不做功。(4) 掌握带电粒子垂直进入磁场的运动情形及相关公式。(5) 知道 v 和 B 不垂直时电粒子进入磁场的运动情形及相关公式。 2、过程与方法(1) 通过实验现象观察，掌握洛伦兹力的方向也可以用左手定则判断。(2) 通过合理猜想与逻辑推理，明确洛伦兹力与安培力的关系( 微观与宏观)。(3) 通过思考与讨论，推导出洛伦兹力的公式 f=qvB。3、情感态度与价值观引导学生进一步学会观察、
2、分析、推理，培养学生的科学思维和研究方法。让学生认真体会科学研究最基本的思维方法：“推理假设实验验证” 。教学重点1、知道什么是洛伦兹力，利用左手定则判断洛伦兹力的方向。2、理解、参与洛仑兹力的公式推导过程，并进一步理解洛仑兹力。3、撑握带电粒子在磁场中的运动情形。教学难点1、洛伦兹力公式的推导。2、v 和 B 不垂直时，带电粒子在磁场中的运动情形。教学方法教师启发、引导，学生自主思考、讨论、交流学习成果。教学工具阴极射线管、高压电源、马蹄形磁铁、导线若干、插线板、多媒体、洛伦兹力演示仪教学课时1 课时教学过程【引入新课】多媒体展示极光图片，在地球的南极和北极地区常常出现极光，科学研究告诉我们
3、，第 2 页 共 8 页极光产生与地磁场对来自太空的高速带电粒子的作用有关。早在 1892 年，荷兰物理学家洛伦兹就研究了磁场对运动电荷的作用力。为了纪念洛伦兹对物理学的贡献，物理学中将这种力称为洛伦兹力。让我们来认识一下洛伦兹。洛伦兹(Hendrik Antoon Lorentz)，荷兰物理学家、数学家。1853 年 7 月 18 日生于荷兰的阿纳姆，1928 年 2 月 4 日逝世于荷兰的哈勒姆。 （为 了 悼 念 这 位科 学 的 巨 人 ， 举 行 葬 礼 的 那 天 ， 荷 兰 全 国 的 广 播 、 电 报 、 电 话 中 止 三 分 钟 。 荷 兰 王 室 和政 府 的 代 表
4、以 及 来 自 世 界 各 地 科 学 界 的 著 名 人 物 参 加 了 葬 礼 。 爱 因 斯 坦 在 洛 伦 兹 墓 前 致悼 词 说 ： 洛 伦 兹 的 成 就 “对 我 们 产 生 了 最 伟 大 的 影 响 ”， 他 是 “我 们 时 代 最 伟 大 、 最 高尚 的 人 ”。 ） 这节课让我们共同探究洛伦兹力。【新课讲解】我们知道“力”是矢量，既有大小，也有方向。那就让我们先确定洛伦兹力的方向吧！一、洛伦兹力的方向1介绍阴极射线管的结构及工作原理（多媒体展示）2介绍其它实验器材及实验演示（若实验效果不理想，则用多媒体播放视频资料）观察与思考（1）在没有外加磁场时，电子束的运动径迹
5、是怎样的？（电子束的运动径迹是一条直线）（2）将磁铁靠近阴极射线管，电子束的运动径迹有没有变化？怎样变化？（电子束的运动径迹由直线变为曲线，靠近磁铁的电子束发生偏转）（3）改变磁场方向，电子束的运动径迹又将怎样变化？（电子束的偏转方向相反）多媒体展示上述三种实验现象的图片3左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四指垂直，且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，四指指向正电荷运 动的方向，拇指所指的方向就是洛伦兹力的方向。思考那么负电荷在磁场中的洛伦兹力的方向怎样确定？阴极射线管的原理：从阴极发射出来电子，在阴阳两极间的高压作用下，使电子加速，形成电子束，轰击到长条形的荧光屏上激发出
6、荧光，可以显示电子束的运动轨迹。第 3 页 共 8 页观察 课件中的图片：阴极射线管中的电子束（负电荷）在磁场中发生偏转结论 若是负电荷时，则四指指向负电荷运动的反方向。类比记忆 安培力和洛伦兹力安培力 洛伦兹力【例例 题题 1】判断图中带电粒子所受洛仑兹力的方向 ：【例例 题题 2】依运动轨迹，判断图 中带电粒子的电性。（过渡）现在我们已经学会判定洛伦兹力的方向了，接下来让我们共同探究怎样确定洛伦兹力的大小。二、洛伦兹力的大小1洛伦兹力与安培力的关系第 4 页 共 8 页I接电源正极接电源正极 接电源负极接电源负极F安安- - - - - - - - - -ffffBvvvv结论 FNf安（
7、1）安培力）安培力是 洛洛 伦兹伦兹 力力的 宏宏 观观 表表 现现。（2）洛 伦兹伦兹 力力是 安培力安培力的 微微 观观 本本 质质。2洛伦兹力的公式推导设设 : 阴影部分导线内电荷数为 N，导线内单位体积内的电荷数为 n， 思考与联想安培力 ，电流 ，长度 ，FBILQnqvStLvt电荷数 ，洛伦兹力与安培力的关系nSvt FNf试一试学生推导洛伦兹力的公式（让一个学生在黑板上推导）总结公式 （仅适用于 的情况）fqB洛伦兹通过实验得到结论：（1）当 vB 时， f 洛最大 = q v B（2）当 v B 时，f 洛最小 = 0思考那么，当 v 与 B 之间有一定夹角为 时，洛伦兹力的
8、大小怎样计算？试一试引导学生将速度 v 分解为垂直于磁感应强度 B 方向的分速度 和平行于磁感vL=vtSB第 5 页 共 8 页应强度 B 方向的分速度 。/v讲解画出示意图/cosinv（3）当 v 与 B 之间有一定夹角为 时，f 洛 = q v B sin多媒体展示洛伦兹力与带电粒子运动方向、磁感应强度方向的关系fBv+ Bvf+甲 v 与 B 垂直 乙 v 与 B 不垂直3进一步理解洛伦兹力（1）f 洛 垂直于 v 和 B 组成的平面。 （由上图可得）（2）由于 f 洛 v ，所以 f 洛 不做功。（过渡）接下来让我们共同探究带电粒子在磁场中是怎样运动的？三、探究带电粒子在磁场中的运
9、动理论分析由于 f 洛 只改变 v 的方向，不改变 v 的大小，所以 vB 时，只在 f 洛 的作用下，带电粒子将做匀速圆周运动。1 v B 时，带电粒子在磁场中的运动实验演示洛伦兹力演示仪（若实验效果不理想，则用多媒体播放视频资料）实验结果v B 时，只在 f 洛 的作用下，带电粒子做匀速圆周运动。思考既然带电粒子做匀速圆周运动，那么轨道半径和周期怎样确定？ Bq vB/B 第 6 页 共 8 页理论推导带电粒子做匀速圆周运动的轨道半径和周期讲解画出示意图（1）轨道半径2mqBRqBv（2）周期 T推论 （1）同一带电粒子在同一磁场中运动时，速度越大，轨道半径越大；（2）同一带电粒子以同一速
10、度在磁场中运动时，磁场越强，轨道半径越大；（3）同一带电粒子在同一磁场中运动时，运动周期与速度无关。实验验证推论（1）与（2）（过渡）那么带电粒子运动方向与磁感应强度方向不垂直时，运动情况又如何？现在让我们通过实验来看看！2 v 与 B 不垂直时，带电粒子在磁场中的运动实验演示洛伦兹力演示仪（若实验效果不理想，则用多媒体播放视频资料）实验结果v 与 B 不垂直时，只在 f 洛 的作用下，带电粒子做螺旋运动。理论推导 v/（1）在平行于 B 方向：带电粒子以速度 做匀速直线运动；/cosv（2）在垂直于 B 方向：带电粒子以速度 做匀速圆周运动。invR/半径： 螺距：sinmRqBv/2cos
11、mhTqBv四、信息浏览地磁场与极光hBf+Rm,qv第 7 页 共 8 页学生阅读P120 地磁场与极光极光产生的原因在地磁两极附近，由于磁感线与地面垂直，外层空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内，它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光。思考太空射向地球的带电粒子的轨迹为什么会是这个样子？ 解释 （如下图所示）五、课堂练习1、下列说法正确的是( )A. 运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定受到洛伦兹力的作用B. 运动电荷在某处不受洛伦兹力的作用，则该处的磁感应强度一定为零C. 洛伦兹力对带电粒子不做功D. 洛伦兹力不能改变带电子粒子的动能答案：CD2、带电粒子 A（质量为 m、电量
12、为 q）和带电粒子 B（质量为 4m、电量为 2q） 若以相同动量垂直磁感线射入同一匀强磁场中（不计重力）则：（1）轨道半径之比 _:BR（2）周期之比 _ AT答案：2:1 1:2六、作业课本 P120家庭作业与活动：第 1 题、第 2 题和第 3 题七、板书设计探究洛伦兹力一、洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力1洛伦兹力的方向左手定则2洛伦兹力的大小（1）当 vB 时， f 洛最大 = q v B（2）当 v B 时，f 洛最小 = 0原因：（1）v 与 B 不垂直；(磁感线是曲线)（2）由赤道到两极 B 增大；（3）由于带电粒子与大气层摩擦 v 减小。北极南极Bq vB/B 由太空射向地球的带电粒子第 8 页 共 8 页（3）当 v 与 B 之间有一定夹角为 时，f 洛 = q v B sin二、探究带电粒子在磁场中的运动1vB 时，只在 f 洛 的作用下，带电粒子做匀速圆周运动。轨道半径 周期mRqv2mTqB2v 与 B 不垂直时，只在 f 洛 的作用下，带电粒子做螺旋运动。半径： 螺距：sinB /coshqv
