《磁场对运动电荷的作用力》说课稿。

一名优秀的教师就要对每一课堂负责，教师要准备好教案，这是教师需要精心准备的。教案可以更好的帮助学生们打好基础，帮助教师能够更轻松的上课教学。那么一篇好的教案要怎么才能写好呢？小编经过搜集和处理，为您提供《磁场对运动电荷的作用力》说课稿，欢迎您阅读和收藏，并分享给身边的朋友！

《磁场对运动电荷的作用力》说课稿

各位评委、各位老师：

大家好！

我叫XXX，来自XX市XX中学。

一、教材分析

我说课的题目是“磁场对运动电荷的作用力”选自2007年人教版物理选修3-1第三章“磁场”第五节的内容，是本章的重点内容之一；本章讲述磁场的基础知识，它是高中物理电磁学基础，本节的主要内容是什么是洛仑兹力、洛伦兹力的方向判定和大小的计算。它是在安培力基础上，进一步形成新的知识点，又是带电粒子在磁场中运动的知识准备，而通过本节学习，在掌握知识的基础上，还可以提高学生的分析、推理和推导能力，发展他们综合运用知识的能力。安培力的学习，是本课新知识学习的必备基础。学生经过前面学习发展的空间想象能力是学习洛仑兹力方向的能力基础。而本节还要应用电学中学过的电流强度的微观表达式，及电场力的知识；另外还要应用高一平衡状态知识。对学生综合运用知识的能力要求很高。此外演示实验直接使学生参与到探究知识的过程，体验学习物理的乐趣。

二、教学目标

为了提高全体学生的科学素质，从三维目标培养学生，根据新课改精神，结合新课标提出以下教学目标：

1．知识与技能

1）知道什么是洛伦兹力。

2）利用左手定则会判断洛伦兹力的方向，理解洛伦兹力对电荷不做功。

3）知道洛伦兹力大小的推理过程。

4）掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算。

5）了解电视机显像管的工作原理。

2．过程与方法

1）通过演示实验，培养学生的观察能力。

2）通过洛伦兹力大小的推导过程进一步培养学生的分析推理能力。

3．情感、态度与价值观

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”

三、重点难点

1、教学重点

1）利用左手定则会判断洛伦兹力的方向。

2）掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算。

2、教学难点

1）利用F安＝BIL和I＝nqvS推导出洛仑兹力的公式F洛＝qvB。

2）洛伦兹力方向的判断。

四、教学方法

物理学是以实验为基础的，重在启发思维，教学方法让学生在老师的指导下，通过演示实验使学生感受到磁场可以使运动的电荷发生偏转，并引导学生根据现象分析原因，使学生体验发现知识的乐趣，使学生全面了解教材。因此，这节课可采用综合运用直观演示、讲授、讨论等手段多种教学方法。在教学中，加强师生间的双向互动环节，启发引导学生积极思维。

五、学习方法

学生是课堂的主体，现代教育更重视在教学中对学生的学法指导，本节课教学过程中要注意以安培力的知识为基础，引导学生对磁场对通电导线的安培力可能是作用在大量运动电荷上的力的宏观表现，也就是说磁场对运动电荷可能有力的作用理解。在实验中找出磁场对运动电荷的作用力的规律。巧用提问，评价激活学生的积极性调动起课堂活跃气氛，让学生在轻松，自主，讨论的学习环境下完成学习任务。最后让学生自由发言，举出生活中一些有关洛仑兹力应用的例子，做到，在从实践到理论，从理论到实践。

六、教学程序

从以上分析，教学中以了解、学习研究物理问题的方法为基础，掌握知识为中心，培养能力为方向，紧抓重点突破难点，设计教学程序如下：

1、新课导入（这部分教学大约需要3、4分钟）

（复习提问）前面我们学习了磁场对电流的作用力，下面提出问题：

（1）判定安培力的方向和计算安培力的大小？学生自由回答

（2）电流是如何形成的？学生自由回答，

（3）磁场对电流有力的作用，电流是由电荷的定向移动形成的，大家会想到什么？启发学生体验思考，让学生的思维进入新课的轨道。

2、新课教学（这部分教学大约需30分钟）
由此我们就会想到：磁场对通电导线的安培力可能是作用在大量运动电荷上的力的宏观表现，也就是说磁场对运动电荷可能有力的作用。

从演示实验中可以观察到：阴极射线（电子流）在磁场中发生偏转，即实验证明了磁场对运动电荷有力的作用，这一力称为洛仑兹力．

（一）洛仑兹力的方向

根据左手定则确定安培力方向的办法，迁移到用左手定则判定洛仑兹力的方向，特别要注意四指应指向正电荷的运动方向；若为负电荷，则四指指向运动的反方向，带电粒子在磁场中运动过程中，洛仑兹力方向始终与运动方向垂直．

（二）洛仑兹力的大小

根据通电导线所受安培力的大小F＝BIL，结合导体中电流的微观表达式I＝nqvs，让学生推导出：当带电粒子垂直于磁场的方向上运动时所受洛仑兹力大小F＝qvB，如果粒子运动方向不与磁场方向垂直时，即当运动电荷的速度v方向与磁感应强度B的方向不垂直时，设夹角为θ，同学们可根据今天所学内容推导出它受的洛仑兹力大小和方向吗？同学们分组展开讨论，最后得出结论F＝qvBsinθ。当带电粒子平行磁场方向运动时，不受洛仑兹力．带电粒子在磁场中运动所受的洛仑兹力的大小和方向都与其运动状态有关．

运动电荷在磁场中受洛仑兹力作用，运动状态会发生变化，其运动方向会发生偏转．请同学们思考，洛仑兹力会改变带电粒子速度大小吗？洛仑兹力对带电粒子是否做功？教师引导学生分析得：洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面即洛伦兹力垂直于速度方向，因此，洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，所以洛伦兹力对电荷不做功。

（二）电视显像管的工作原理

引导学生阅读教材，通过与学生互动交流的方式得出电视显像管的工作原理

3、巩固与练习

为使学生所学知识具有稳定性，并使知识顺利迁移，在本节课上安排5～8分钟的时间进行巩固和练习，具体做法是：先留2分钟时间让学生回顾一下课本和黑板上的知识内容，接着做几个练习，然后评讲。

4、课堂小结

对本节课所学的主要知识做一个简单的总结，以加深学生对知识结构的印象

5、布置作业

完成P98“问题与练习”第1、2、5题。书面完成第3、4题。

在以上设计中，我力求“以学生发展为本”的教学理念，积极倡导“自主探究”的学习方式，落实以学生为主体地位，促进学生主动学习。当然实际教学中，还要根据学生的需要和课堂上的实际情况及时调整学习活动，不断反思和总结。在此，还请各位领导、同行提出宝贵意见，谢谢大家。

祝大家身体健康，工作顺利！

扩展阅读

磁场对运动电荷的作用力教案

作为杰出的教学工作者，能够保证教课的顺利开展，教师要准备好教案，这是老师职责的一部分。教案可以让学生们能够在上课时充分理解所教内容，帮助教师在教学期间更好的掌握节奏。所以你在写教案时要注意些什么呢？下面是小编为大家整理的“磁场对运动电荷的作用力教案”，相信您能找到对自己有用的内容。

第5节磁场对运动电荷的作用力
要点一由安培力公式推导洛伦兹力公式
如图3－5－3所示，
图3－5－3
直导线长L，电流为I，导线中运动电荷数为n，截面积为S，电荷的电荷量为q，运动速度为v，则
安培力F＝ILB＝nF洛
所以洛伦兹力F洛＝Fn＝ILBn
因为I＝NqSv(N为单位体积的电荷数)
所以F洛＝NqSvLBn＝NSLnqvB，式中n＝NSL，故F洛＝qvB.
要点二洛伦兹力方向的讨论
1．决定洛伦兹力方向的因素有三个：电荷的电性(正、负)、速度方向、磁感应强度的方向．当电荷电性一定时，其他两个因素中，如果只让一个因素相反，则洛伦兹力方向必定相反；如果同时让两个因素相反，则洛伦兹力方向将不变．
2．在研究电荷的运动方向与磁场方向垂直的情况时，由左手定则可知，洛伦兹力的方向既与磁场方向垂直，又与电荷的运动方向垂直，即洛伦兹力垂直于v和B两者所决定的平面．
3．(1)判断负电荷在磁场中运动所受洛伦兹力的方向，四个手指要指向负电荷运动的反方向．
(2)电荷运动的速度v和B不一定垂直，但洛伦兹力一定垂直于磁感应强度B和速度v.
洛伦兹力和静电力的异同点有哪些？
洛伦兹力静电力
力的概念磁场对在其中的“运动”电荷的作用力电场对放入其中的电荷的作用力
产生条件磁场中静止电荷、沿磁场方向运动的电荷将不受洛伦兹力电场中的电荷无论静止还是沿任何方向运动都要受到静电力
方向“横向力”
①方向由电荷正负、磁场方向以及电荷运动方向决定，方向之间关系遵循左手定则
②洛伦兹力方向一定垂直于磁场方向以及电荷运动方向“纵向力”
①方向由电荷正负、电场方向决定
②正电荷受力方向与电场方向一致，负电荷受力方向与电场方向相反
大小当v⊥B时，F＝qvB
当v∥B时，F＝0
当v与B夹角θ时，F＝qvBsinθF＝qE
做功情况一定不做功可能做正功，可能做负功，也可能不做功

一、洛伦兹力的方向判断
【例1】来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将()
A．竖直向下沿直线射向地面
B．相对于预定地点，稍向东偏转
C．相对于预定地点，稍向西偏转
D．相对于预定地点，稍向北偏转
答案B
解析地球表面地磁场方向由南向北，质子带正电．根据左手定则可判定，质子在赤道上空竖直下落过程中受到的洛伦兹力方向向东．故选B.
图3－5－4

二、洛伦兹力与静电力
【例2】如图3－5－4所示，在真空中匀强电场的方向竖直向下，匀强磁场的方向垂直纸面向里，三个油滴a、b、c带有等量同种电荷，其中a静止，b向右做匀速运动，c向左做匀速运动．比较它们的重力Ga、Gb、Gc的关系，正确的是()
A．Ga最大B．Gb最大
C．Gc最大D．Gc最小
答案C
解析因带电油滴a静止，故a不受洛伦兹力作用，只受重力和静电力作用；根据平衡条件可知油滴一定带负电，设油滴带电荷量为q，则Ga＝qE①
带电油滴b除受重力和竖直向上的静电力作用外，还受到竖直向下的洛伦兹力F洛，因做匀速运动，故根据平衡条件可得Gb＝qE－F洛②
带电油滴c除受重力和竖直向上的静电力作用外，还受到竖直向上的洛伦兹力F洛，因做匀速运动，故根据平衡条件可得Gc＝qE＋F洛③
比较①②③式可以看出GcGaGb，选项C正确．带电粒子在复合场中做什么运动，取决于带电粒子所受的合外力及其初始状态的速度，因此应把带电粒子的运动情况和受力情况结合起来进行分析，当带电粒子在复合场中所受的合外力为零时，带电粒子做匀速直线运动或静止.

1.试判断下列图中带电粒子所受洛伦兹力的方向向上的是()
答案A
解析A图中带电粒子受力方向向上；B图中带电粒子受力方向向外；C图中带电粒子受力方向向左；D图中带电粒子受力方向向里．
2.
图3－5－5
在高真空的玻璃管中，封有两个电极，当加上高电压后，会从阴极射出一束高速电子流，称为阴极射线．如在阴极射线管的正上方平行放置一根通以强电流的长直导线，其电流方向如图3－5－5所示．则阴极射线将会()
A．向上偏斜B．向下偏斜
C．向纸内偏斜D．向纸外偏斜
答案A
3．洛伦兹力的方向与带电粒子的运动方向有什么关系？洛伦兹力对带电粒子运动的速度有什么影响？洛伦兹力对带电粒子是否做功呢？
答案洛伦兹力的方向总与粒子的运动方向垂直，但粒子的运动方向可以不与磁场方向垂直．结论是：洛伦兹力的方向总与磁场方向和粒子的运动方向所决定的平面垂直．
洛伦兹力总与粒子的运动方向垂直，因此，洛伦兹力不对带电粒子做功，不改变粒子运动的速度大小，但可以改变粒子的运动方向．
4．如图3－5－6所示，
图3－5－6
是磁流体发电机的示意图，两极板间的匀强磁场磁感应强度为B＝0.5T，极板间距d＝20cm，如果要求该发电机的输出电压为U＝20V，则离子的速率为多少？
答案200m/s
解析等离子体以一定速度进入磁场后，在洛伦兹力作用下正离子向上极板偏转，负离子向下极板偏转，上下极板因聚集了异种电荷从而使两板之间产生电压，当离子在两极间匀速运动时，电压达到稳定．此时有qUd＝qvB，得v＝UBd，代入数据得v＝200m/s.

题型一洛伦兹力的考查
如图1所示，下端封闭、上端开口、内壁光滑的细玻璃管竖直放置，管底有一带电的小球，整个装置水平匀速向右运动，垂直于磁场方向进入方向水平的匀强磁场，由于外力的作用，玻璃管在磁场中的速度保持不变，最终小球从上端口飞出，则()
图1
A．小球带正电荷
B．小球从进入磁场到飞出端口前的过程中小球做类平抛运动
C．小球从进入磁场到飞出端口前的过程中洛伦兹力对小球做正功
D．小球从进入磁场到飞出端口前的过程中管壁的弹力对小球做正功
思维步步高如何判断小球的带电性质？小球的运动轨迹是什么形状？小球受到的洛伦兹力的方向向哪？洛伦兹力是不是对小球做了功？
解析小球在竖直方向上向上运动，说明洛伦兹力的一个分力的方向一定向上并且大于自身的重力，根据左手定则可以判断小球带正电；竖直方向上做匀加速运动，水平方向上做匀速运动，所以小球的合运动为类平抛运动；小球受到的洛伦兹力的方向和运动方向垂直，不做功．
答案ABD
拓展探究如图2所示，
图2
光滑的水平桌面放在方向竖直向下的匀强磁场中，桌面上平放着一根一端开口、内壁光滑的试管，试管底部有一带电小球．在水平拉力F作用下，试管向右匀速运动，带电小球能从试管口处飞出，关于带电小球及其在离开试管前的运动，下列说法中正确的是()
A．小球带正电
B．小球运动的轨迹是抛物线
C．洛伦兹力对小球做正功
D．维持试管匀速运动的拉力F应逐渐增大
答案ABD
洛伦兹力的方向始终和带电粒子的运动方向垂直，带电粒子受到的洛伦兹力对粒子不做功，不会改变粒子的速度大小，只会改变粒子的速度方向.

题型二带电粒子在磁场中运动的轨道半径和周期
2008年10月22日，欧洲粒子物理研究中心(CERN)建造的大型强子对撞机21日举行启用典礼，标志着对撞机正式启用．环型对撞机是研究高能粒子的重要装置．如图3所示，正、负离子由静止经过电压为U的直线加速器加速后，沿圆环切线方向注入对撞机的真空环状空腔内，空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小为B.两种带电粒子将被局限在环状空腔内，沿相反方向做半径相等的匀速圆周运动，从而在碰撞区迎面相撞．为维持带电粒子在环状空腔中的匀速圆周运动，下列说法正确的是()

图3
A．对于给定的加速电压，带电粒子的比荷q/m越大，磁感应强度B越大
B．对于给定的加速电压，带电粒子的比荷q/m越大，磁感应强度B越小
C．对于给定的带电粒子和磁感应强度B，加速电压U越大，粒子运动的周期越大
D．对于给定的带电粒子和磁感应强度B，不管加速电压U多大，粒子运动的周期都不变
思维步步高带电粒子在磁场中运动遵循什么规律？正负离子为什么要分成两束进入环状空腔？进入环状空腔后作什么运动？正负离子能否同时到达碰撞区？
解析环形空腔的半径保持不变，当电压不变时，粒子进入磁场的速度相同，根据带电粒子在磁场中做圆周运动的半径公式：R＝mvqB，比荷越大，B应该越小；当带电粒子确定后，加速电压越大，粒子进入磁场速度越大，比荷确定，所以磁感应强度应该越大，根据周期公式T＝2πmqB，可得磁感应强度的增大会使周期变小．
答案B
拓展探究如图4所示，
图4
在一匀强磁场中有三个带电粒子，其中1和2为质子、3为α粒子的径迹．它们在同一平面内沿逆时针方向做匀速圆周运动，三者轨道半径r1r2r3，并相切于P点．设T、v、a、t分别表示它们做圆周运动的周期、线速度、向心加速度以及各自从经过P点算起到第一次通过图中虚线MN所经历的时间，则()
A．T1＝T2T3B．v1＝v2v3
C．a1a2a3D．t1t2t3
答案ACD
带电粒子在磁场中运动的常见问题：①轨迹问题：带电粒子在匀强磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，粒子做匀速圆周运动．②半径问题：带电粒子在磁场中的运动，轨道半径的表达式：R＝mvqB，由以上各个物理量确定．③粒子做匀速圆周运动的周期公式：T＝2πmqB，由粒子的比荷和磁感应强度确定.

一、选择题
1．如下图所示，磁场方向、电荷的运动方向、电荷所受洛伦兹力的方向两两垂直，则正确的是()
答案D
2．如图5所示，
图5
在真空中，水平导线中有恒定电流I通过，导线的正下方有一质子初速度方向与电流方向相同，则质子可能的运动情况是()
A．沿路径a运动
B．沿路径b运动
C．沿路径c运动
D．沿路径d运动
答案B
解析由安培定则，电流在下方产生的磁场方向指向纸外，由左手定则，质子刚进入磁场时所受洛伦兹力方向向上．则质子的轨迹必定向上弯曲，因此C、D必错；由于洛伦兹力方向始终与电荷运动方向垂直，故其运动轨迹必定是曲线，则B正确，A错误．
3.
图6
每时每刻都有大量带电的宇宙射线向地球射来，地球磁场可以有效地改变这些射线中大多数带电粒子的运动方向，使它们不能到达地面，这对地球上的生命有十分重要的意义．假设有一个带正电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来(如图6所示，地球由西向东转，虚线表示地球自转轴，上方为地球北极)，在地球磁场的作用下，它将()
A．向东偏转B．向南偏转
C．向西偏转D．向北偏转
答案A
解析地球表面地磁场方向由南向北，带正电的粒子自赤道上空下落过程所受洛伦兹力可由左手定则判知向东，故A正确．
4．图7所示是电子射线管示意图．接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，则下列措施中可采用的是()
图7
A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向
B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向
C．加一电场，电场方向沿z轴负方向
D．加一电场，电场方向沿y轴正方向
答案B
解析若加一磁场，电子受到洛伦兹力的作用，亮线向下偏转，说明洛伦兹力方向向下，又因电子沿x轴正向射出，由左手定则知磁场方向应沿y轴正方向，A错，B对；若加一电场电子应受到向下的静电力作用，故电场方向沿z轴正向，C、D均错．
5．如图8所示，
图8
一带负电的质点在固定的正的点电荷作用下绕该正电荷做匀速圆周运动，周期为T0，轨道平面位于纸面内，质点的速度方向如图中箭头所示，现加一垂直于轨道平面的匀强磁场，已知轨道半径并不因此而改变，则()
A．若磁场方向指向纸里，质点运动的周期将大于T0
B．若磁场方向指向纸里，质点运动的周期将小于T0
C．若磁场方向指向纸外，质点运动的周期将大于T0
D．若磁场方向指向纸外，质点运动的周期将小于T0
答案AD
解析若磁场方向指向纸里，由左手定则可判断洛伦兹力方向与库仑力方向相反，则带负电粒子做圆周运动的向心力减小，由于半径不变，其速度减小，周期变大，故A对B错；若磁场方向指向纸外，洛伦兹力与库仑力方向相同，其速度要增大，周期变小，故C错D对．
6．如图9所示，
图9
连接两平行金属板的导线的一部分CD与另一回路的一段导线GH平行且均在纸面内，金属板置于磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，当一束等离子体射入两金属板之间时，CD段导线受到力F的作用．则()
A．若等离子体从右方射入，F向左
B．若等离子体从右方射入，F向右
C．若等离子体从左方射入，F向左
D．若等离子体从左方射入，F向右
答案AD
解析等离子体指的是整体显电中性，内部含有等量的正、负电荷的气态离子群体．当等离子体从右方射入时，正、负离子在洛伦兹力的作用下将分别向下、上偏转，使上极板的电势低于下极板，从而在外电路形成由D流向C的电流，这一电流处在通电导线GH所产生的磁场中，由左手定则可知，它受到的安培力的方向向左，所以A项对，B项错；同理可分析得知C项错，D项对．
7．如图10所示，
图10
一个带正电荷的小球沿水平光滑绝缘的桌面向右运动，飞离桌子边缘A，最后落到地板上．设有磁场时飞行时间为t1，水平射程为x1，着地速度大小为v1；若撤去磁场，其余条件不变时，小球飞行时间为t2，水平射程为x2，着地速度大小为v2.则下列结论不正确的是()
A．x1x2B．t1t2
C．v1v2D．v1和v2相等
答案C
二、计算论述题
8.
图11
竖直的平行金属板A、B相距d，板长为l，板间电压为U.垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场分布在两板之间，如图11所示．一带电荷量为＋q、质量为m的油滴从上方下落并从两板中央P点进入板内空间．已知刚进入时静电力恰等于磁场力，最后油滴从一板的下端点离开，求油滴离开场区时速度的大小．
答案2gl＋U2B2d2＋qUm
解析带电体在场区的运动轨迹和受力情况如右图所示．
洛伦兹力F是变力，由W=ΔEk，得，由题给条件，刚入场区时，E=，解得u=2gl＋U2B2d2＋qUm
9．如图12所示，
图12
在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一与磁感线垂直且水平放置的长为L的摆线，拉一质量为m、带电荷量为＋q的摆球．试求摆球向左通过最低位置时绳上的拉力F.
答案3mg＋qB2gL
解析由题意得
F－F洛－mg＝mv2L①
mgL＝12mv2②
F洛＝qvB③
由①②③联立得F＝3mg＋Bq2gL
10．如图13所示，
图13
a、b是两个电荷量相等的异种点电荷，其中a带正电，b带负电，其连线的中心为O，MN是中垂线，两电荷的连线与中垂线处于同一平面，均在纸面内，加一磁场后，一正电荷P能以速度v0沿中垂线MN运动，试确定所加磁场的方向及磁场的分布特点．(不计重力)
答案见解析
解析正电荷P能沿直线MN运动，电荷P所受的静电力与洛伦兹力平衡，即合力为零，由静电力的方向及分布特点确定洛伦兹力的方向及磁场的方向和分布特点．
由点电荷电场的分布特点，两电荷在中垂线MN处的电场方向与MN直线垂直，方向向下，其场强E为O点最强，向左、向右对称并随距离增加场强减弱．故电荷在MN直线上运动时，所受的静电力方向与MN垂直并向下，大小变化是在O点时最大，向左、向右对称并随距离增大静电力减小．
由于静电力向下，故洛伦兹力向上并与静电力平衡，所以磁场的方向垂直于纸面向里，磁感应强度B与电场E的分布有相同的规律．即O点最强，向左、向右对称分布，并随距离增加磁场的磁感应强度减小．
第6节带电粒子在匀强磁场中的运动
要点一带电粒子在磁场中运动的轨迹
1．圆心的确定
带电粒子进入一个有界匀强磁场后的轨迹是一段圆弧，如何确定圆心是解决问题的前提，也是解题的关键．
首先，应有一个最基本的思路：即圆心一定在与速度方向垂直的直线上．
在实际问题中圆心位置的确定极为重要，通常有两种方法：
(1)已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨迹的圆心(如图3－6－2所示，图中P为入射点，M为出射点)．
图3－6－2
图3－6－3

(2)已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图3－6－3所示，P为入射点，M为出射点)．
2．半径的确定和计算(如图3－6－4所示)
图3－6－4
利用平面几何关系，求出该圆的可能半径(或圆心角)．并注意以下两个重要的几何特点：
(1)粒子速度的偏向角(φ)等于回旋角(α)，并等于AB弦与切线的夹角(弦切角θ)的2倍(如图3－6－4)，即φ＝α＝2θ＝ωt.
(2)相对的弦切角(θ)相等，与相邻的弦切角(θ′)互补，即θ＋θ′＝180°.
3．运动时间的确定
粒子在磁场中运动一周的时间为T，当粒子运动的圆弧所
对应的圆心角为α时，其运动时间可由下式表示：t＝α360°T或(t＝α2πT)．
要点二回旋加速器的工作原理
回旋加速器的工作原理如图3－6－5所示．放在A0处的粒子源发出一个带正电的粒子，它以某一速率v0垂直进入匀强磁场中，在磁场中做匀速圆周运动．经过半个周期，当它沿着半圆A0A1到达A1时，我们在A1A1′处设置一个向上的电场，使这个带电粒子在A1A1′处受到一次电场的加速，速率由v0增加到v1，然后粒子以速率v1在磁场中做匀速圆周运动．我们知道，粒子的轨迹半径跟它的速率成正比，因而粒子将沿着增大了的圆周运动．又经过半个周期，当它沿着半圆弧A1′A2′到达A2′时，我们在A2′A2处设置一个向下的电场，使粒子又一次受到电场的加速，速率增加到v2.如此继续下去，每当粒子运动到A1A1′、A3A3′等处时都使它受到一个向上电场的加速，每当粒子运动到A2′A2、A4′A4等处时都使它受到一个向下电场的加速，那么，粒子将沿着图示的螺线回旋下去，速率将一步一步地增大．
图3－6－5

电偏转和磁偏转的区别有哪些？
所谓“电偏转”与“磁偏转”是分别利用电场和磁场对运动电荷施加作用，从而控制其运动方向，但电场和磁场对电荷的作用特点不同，因此这两种偏转有明显的差别.
磁偏转电偏转
受力特征及运动规律若v⊥B，则洛伦兹力F洛＝qvB，使粒子做匀速圆周运动，v的方向变化，又导致F洛的方向变化，其运动规律可由r＝mvqB和T＝2πmqB进行描述.
F电为恒力，粒子做匀变速曲线运动——类平抛运动，其运动规律可由vx＝v0，x＝v0t，vy＝qEmt，y＝12qEmt2进行描述．

偏转情况粒子的运动方向能够偏转的角度不受限制，θB＝ωt＝vrt＝qBmt，且相等时间内偏转的角度相等.粒子运动方向所能偏转的角度θEπ2，且相等时间内偏转的角度不同．

动能的变化由于F洛始终不做功，所以其动能保持不变.由于F电与粒子速度的夹角越来越小，所以其动能不断增大，并且增大得越来越快.
一、带电粒子在磁场中的运动
【例1】月球“勘探者号”空间探测器，
图3－6－6
运用最新科技手段对月球进行近距离勘探，在月球重力分布、磁场分布及元素测定方面取得最新成果．月球上的磁场极其微弱，探测器通过测量运动电子在月球磁场中轨迹来推算磁场强弱的分布，如图3－6－6是探测器通过月球a、b、c、d位置(a轨迹恰为一个半圆)．设电子速率相同，且与磁场方向垂直．据此可判断磁场最弱的是哪个位置．已知图中照片是边长为20cm的正方形，电子比荷为1.8×1011C/kg，速率为90m/s，则a点的磁感应强度为多少？
答案d5.0×10－9T
解析由于电子速率相同，其轨道半径r＝mv/Bq，与B的强弱有关系．又因为rd＞rc＞rb＞ra，所以d点磁感应强度最小(磁场最弱)．对a的圆周运动来说，必须满足条件：Bqv＝mv2/r从而求得B＝mv/qr＝5.0×10－9T
二、回旋加速器
【例2】回旋加速器中，随着粒子的运动越来越快，也许粒子走过半圆的时间间隔越来越短，这样两盒间电势差的正负变换就要越来越快，从而造成技术上的一个难题．实际情况是这样吗？
答案见解析
解析不是这样．回旋加速器中，两D形盒盒缝宽度远小于盒半径，粒子通过盒缝的时间就可以忽略，这样粒子走过半圆的时间间隔为粒子运动周期的一半，即Δt＝T2＝122πmqB＝πmqB，与粒子运动的速率无关，因此，只要使所加交变电场的周期与带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期相同(T＝2πmqB)，就可以保证粒子每经过盒缝时都正好赶上合适的电场方向而被加速.

1.运动电荷进入磁场后(无其他作用)可能做()
A．匀速圆周运动B．匀速直线运动
C．匀加速直线运动D．平抛运动
答案AB
2．在匀强磁场中，一个带电粒子做匀速圆周运动，如果又顺利垂直进入另一磁感应强度是原来磁感应强度2倍的匀强磁场，则()
A．粒子的速率加倍，周期减半
B．粒子速率不变，轨道半径减半
C．粒子的速率减半，轨道半径变为原来的1/4
D．粒子速率不变，周期减半
答案BD
3．试根据回旋加速器构造及工作原理回答下列问题．
(1)D形金属扁盒的作用是什么？
(2)在加速区有没有磁场？若有，对带电粒子的加速有没有影响？
答案(1)D形金属扁盒的主要作用是起到静电平衡作用，使得盒内空间的电场极弱，这样就可以使运动的粒子只受洛伦兹力的作用而做匀速圆周运动．
(2)在加速区域也存在磁场，但由于加速区域内距离很小，磁场对带电粒子的加速过程的影响也很小，所以，可以忽略磁场的影响．
4．质谱仪是用来测定带电粒子的质量和分析同位素的装置，
图3－6－7
如图3－6－7所示，电容器两极板相距为d，两板间的电压为U，极板间的匀强磁场的磁感应强度为B1，一束电荷量相同的带正电的粒子沿电容器的中线平行于极板射入电容器，沿直线穿过电容器后进入另一磁感应强度为B2的匀强磁场，结果分别打在感光片上的a、b两点，设a、b两点之间的距离为x，粒子所带电荷量为q，如不计重力．求：
(1)粒子进入匀强磁场B2时的速度v为多少？
(2)打在a、b两点的粒子的质量之差Δm为多少？
答案(1)UdB1(2)qB1B2dx2U
解析(1)粒子在电容器中做直线运动，故qUd＝qvB1，得v＝UdB1.
(2)带电粒子在匀强磁场B2中做匀速圆周运动，则打在a处的粒子的轨道半径R1＝m1vqB2，打在b处的粒子的轨道半径R2＝m2vqB2，又x＝2R1－2R2，解得Δm＝m1－m2＝qB1B2dx2U.

题型一带电粒子在有界磁场中的运动
如图1所示为一种质谱仪的工作原理示意图．在以O为圆心，OH为对称轴，夹角为2α的扇形区域内分布着方向垂直于纸面的匀强磁场．对称于OH轴的C和D分别是离子发射点和收集点．CM垂直磁场左边界于M，且OM＝d.现有一正离子束以小发散角(纸面内)从C射出，这些离子在CM方向上的分速度均为v0.若该离子束中比荷为qm的离子都能汇聚到D，试求：
图1
(1)磁感应强度的大小和方向(提示：可考虑沿CM方向运动的离子为研究对象)．
(2)离子沿与CM成θ角的直线CN进入磁场，其轨道半径和在磁场中的运动时间．
思维步步高如何判断带电粒子的受力方向？带电粒子在磁场中的轨道半径和d的关系是什么？离子沿与CM成θ角的直线CN进入磁场，粒子在磁场中运动的圆心角是多少？如何把这个圆心角和周期联系起来？
解析(1)设沿CM方向运动的离子在磁场中做圆周运动的轨道半径为R.由qv0B＝mv20R，R＝d，得B＝mv0qd，磁场方向垂直纸面向外．
(2)设沿CN运动的离子速度大小为v，在磁场中的轨道半径为R′，运动时间为t.如图分析有：
得，
方法一：设弧长为s
，s=2(θ+α)×R′
方法二：离子在磁场中做匀速圆周运动的周期T=
答案(1)mv0qd垂直纸面向外(2)
粒子在有界磁场中运动的常见问题：①粒子圆心的确定，根据半径一定过圆心，并且半径和运动方向垂直，所以入射速度和出射速度的垂线或者入射点和出射点连线的中垂线即为半径．②粒子在磁场中的运动时间等于在磁场中的圆心角和圆周角的比值和周期的乘积.
题型二带电粒子在复合场中的运动
两块足够大的平行金属极板水平放置，极板间加有空间分布均匀、大小随时间周期性变化的电场和磁场，变化规律分别如图2甲、乙所示(规定垂直纸面向里为磁感应强度的正方向)．在t＝0时刻由负极板释放一个初速度为零的带负电的粒子(不计重力)．若电场强度E0、磁感应强度B0、粒子的比荷qm均已知，且t0＝2πmqB0，两板间距h＝10π2mE0qB20.
图2
(1)求粒子在0～t0时间内的位移大小与极板间距h的比值．
(2)求粒子在极板间做圆周运动的最大半径(用h表示)．
思维步步高电场和磁场分时间段存在，则在电场存在的时间内粒子做什么运动？在磁场存在时粒子做什么运动？在电场中运动的第一段时间内的末速度是多少？当磁场单独存在时，粒子运动的时间和周期有什么关系？在第二段电场存在的时间内的运动的位移是多少？是否需要考虑板的宽度？粒子能否始终加速下去？
解析(1)设粒子在0～t0时间内运动的位移大小为x1
x1＝12at20①
a＝qE0m②
又已知t0＝2πmqB0，h＝10π2mE0qB20
联立①②式解得
x1h＝15③
(2)粒子在t0～2t0时间内只受洛伦兹力作用，且速度与磁场方向垂直，所以粒子做匀速圆周运动．设运动速度大小为v1，轨道半径为R1，周期为T，则
v1＝at0④
qv1B0＝mv21R1⑤
联立④⑤式得
R1＝h5π⑥
又T＝2πmqB0⑦
即粒子在t0～2t0时间内恰好完成一个周期的圆周运动．在2t0～3t0时间内，粒子做初速度为v1的匀加速直线运动，设位移大小为x2
x2＝v1t0＋12at20⑧
解得x2＝35h⑨
由于x1＋x2h，所以粒子在3t0～4t0时间内继续做圆周运动，设速度大小为v2，半径为R2
v2＝v1＋at0⑩
qv2B0＝mv22R2
解得R2＝2h5π
由于，粒子恰好又完成一个周期的圆周运动．在4～5时间内，粒子运动到正极板(如右图所示)．因此粒子运动的最大半径
答案(1)(2)
复合场问题是高考的重点内容之一，具有难度大、综合性强的特点．解决问题的方法是认真对粒子的受力情况和初状态进行分析，确定其运动的轨迹．如果是电场和磁场分时间段存在和分区域存在的问题，应该注意时间的连接处或场区的连接处粒子运动状态的改变情况.
一、选择题
1.
图3
一电子与质子速度相同，都从O点射入匀强磁场区，则图3中画出的四段圆弧，哪两个是电子和质子运动的可能轨迹()
A．a是电子运动轨迹，d是质子运动轨迹
B．b是电子运动轨迹，c是质子运动轨迹
C．c是电子运动轨迹，b是质子运动轨迹
D．d是电子运动轨迹，a是质子运动轨迹
答案C
2.
图4
一匀强磁场，磁场方向垂直于xOy平面，在xOy平面上，磁场分布在以O为圆心的一个圆形区域内．一个质量为m，电荷量为q的带电粒子，由原点O开始运动，初速度为v，方向沿x轴正方向．后来，粒子经过y轴上的P点，如图4所示．不计重力的影响，粒子经过P点时的速度方向可能是图中箭头表示的()
A．只有箭头a、b是可能的
B．只有箭头b、c是可能的
C．只有箭头c是可能的
D．箭头a、b、c、d都是可能的
答案C
3．如图5所示，
图5
在xOy平面内，匀强电场的方向沿x轴正向，匀强磁场的方向垂直于xOy平面向里．一电子在xOy平面内运动时，速度方向保持不变．则电子的运动方向沿()
A．x轴正向
B．x轴负向
C．y轴正向
D．y轴负向
答案C
解析电子受静电力方向一定水平向左，所以需要受向右磁场力才能匀速运动，根据左手定则进行判断可得电子应沿y轴正向运动．
4．如图6所示，
图6
某空间存在正交的匀强磁场和匀强电场，电场方向水平向右，磁场方向垂直纸面向里，一带电微粒从a点进入场区并刚好能沿ab直线向上运动，下列说法中正确的是()
A．微粒一定带负电
B．微粒的动能一定减小
C．微粒的电势能一定增加
D．微粒的机械能一定增加
答案AD
解析微粒进入场区后沿直线ab运动，则微粒受到的合力或者为零，或者合力方向在ab直线上(垂直于运动方向的合力仍为零)．若微粒所受合力不为零，则必然做变速运动，由于速度的变化会导致洛伦兹力变化，则微粒在垂直于运动方向上的合力不再为零，微粒就不能沿直线运动，因此微粒所受合力只能为零而做匀速直线运动；若微粒带正电，则受力分析如下图甲所示，合力不可能为零，故微粒一定带负电，受力分析如图乙所示，故A正确，B错；静电力做正功，微粒电势能减小，机械能增大，故C错，D正确．

5.
图7
回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图7所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法中正确的是()
A．增大匀强电场的加速电压
B．增大磁场的磁感应强度
C．减小狭缝间的距离
D．增大D形金属盒的半径
答案BD
解析经回旋加速器加速后粒子获得的动能E＝q2B2R22m，可以看出要增大粒子射出时的动能就要增大磁场的磁感应强度，增大D形金属盒的半径，故B、D正确；增大匀强电场间的加速电压，减小狭缝间的距离都不会改变粒子飞出时的动能，只是改变了每次加速的动能变化量，故A、C错误．
6．如图8是某离子速度选择器的原理示意图，
图8
在一半径R＝10cm的圆柱形筒内有B＝1×10－4T的匀强磁场，方向平行于轴线．在圆柱形筒上某一直径两端开有小孔a、b分别作为入射孔和出射孔．现有一束比荷为qm＝2×1011C/kg的正离子，以不同角度α入射，最后有不同速度的离子束射出．其中入射角α＝30°，且不经碰撞而直接从出射孔射出的离子的速度v大小是()
A．4×105m/sB．2×105m/s
C．4×106m/sD．2×106m/s
答案C
7．如图9所示
图9
是粒子速度选择器的原理示意图，如果粒子所具有的速率v＝EB，那么()
A．带正电粒子必须沿ab方向从左侧进入场区，才能沿直线通过
B．带负电粒子必须沿ba方向从右侧进入场区，才能沿直线通过
C．不论粒子电性如何，沿ab方向从左侧进入场区，都能沿直线通过
D．不论粒子电性如何，沿ba方向从右侧进入场区，都能沿直线通过
答案AC
二、计算论述题
8．如图10所示，
图10
一束电子流以速度v通过一处于矩形空间的匀强磁场，速度方向与磁感线垂直．且平行于矩形空间的其中一边，矩形空间边长为3a和a，电子刚好从矩形的相对的两个顶点间通过，求电子在磁场中的飞行时间．
答案2a3v
解析根据题意可知圆心应在AB延长线上，设做圆周运动的半径为r，则有
r2＝(r－a)2＋(3a)2，得r＝2a
在磁场中运动的圆弧所对圆心角为60°，所以
t＝T6＝2π2av6＝2a3v.
9．质谱仪原理如图11所示，a为粒子加速器，电压为U1，b为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为B1，板间距离为d，c为偏转分离器，磁感应强度为B2.今有一质量为m，电荷量为＋e的粒子(不计重力)经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做半径为R的匀速圆周运动．求：
图11
(1)粒子的速度v.
(2)速度选择器的电压U2.
(3)粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R.
答案(1)2eU1m(2)B1d2eU1m(3)1B22mU1e
解析根据动能定理可求出速度v，据静电力和洛伦兹力相等可得到U2，再据粒子在磁场中做匀速圆周运动的知识可求得半径．
(1)在a中，粒子被加速电场U1加速，由动能定理有
eU1＝12mv2
得v＝2eU1m
(2)在b中，粒子受的静电力和洛伦兹力大小相等，即
eU2d＝evB1
代入v值得U2＝B1d2eU1m
(3)在c中，粒子受洛伦兹力作用而做圆周运动，回转半径R＝mvB2e，代入v值得R＝1B22U1me
10．如图12所示，AB间存在方向与竖直成45°角斜向上的匀强电场E1，BC间存在竖直向上的匀强电场E2，AB间距为0.2m，BC间距为0.1m，C为荧光屏．质量m＝1.0×10－3kg，电荷量q＝＋1.0×10－2C的带电粒子由a点静止释放，恰好沿水平方向经过b点到达荧光屏的O点．若在BC间再加方向垂直纸面向外、大小B＝1.0T的匀强磁场，粒子经b点偏转到达荧光屏的O′点(未画出)．取g＝10m/s2，求：
(1)E1的大小．
(2)加上磁场后，粒子由b点到O′点电势能的变化量．
图12
答案(1)1.4V/m(2)2.7×10－4J
解析
(1)粒子在AB间做匀加速直线运动，受力如右图所示，
qcos45°=mg
V/m=1.4V/m
(2)由动能定理得：
=2m/s
加磁场前粒子在BC间作匀速直线运动
则有q=mg
加磁场后粒子作匀速圆周运动，轨迹如图．
由洛伦兹力提供向心力得
，R==0.2m
设偏转距离为y，由几何关系得：
y=2.7×m
W=-qy=-mgy=-2.7×J
即电势能变化了2.7×J

3.5《磁场对运动电荷的作用力》学案

经验告诉我们，成功是留给有准备的人。高中教师要准备好教案，这是高中教师需要精心准备的。教案可以让上课时的教学氛围非常活跃，减轻高中教师们在教学时的教学压力。您知道高中教案应该要怎么下笔吗？以下是小编为大家收集的“3.5《磁场对运动电荷的作用力》学案”欢迎您阅读和收藏，并分享给身边的朋友！

3．5磁场对运动电荷的作用
课前预习学案

一、预习目标
1、知道什么是洛伦兹力。
2、利用左手定则会判断洛伦兹力的方向。
3、掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算。
4、了解电视机显像管的工作原理。
二、预习内容
1．运动电荷在磁场中受到的作用力，叫做。
2．洛伦兹力的方向的判断──左手定则：
让磁感线手心，四指指向的方向，或负电荷运动的，拇指所指电荷所受的方向。
3．洛伦兹力的大小:洛伦兹力公式。
4．洛伦兹力对运动电荷，不会电荷运动的速率。
5．显像管中使电子束偏转的磁场是由两对线圈产生的,叫做偏转线圈。为了与显像管的管颈贴在一起,偏转线圈做成。
三、提出疑惑
课内探究学案
一、学习目标
1、利用左手定则会判断洛伦兹力的方向，理解洛伦兹力对电荷不做功。
2、掌握洛伦兹力大小的推理过程。
3、掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算。
二、学习过程
例1．试判断图中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向.
解答：甲中正电荷所受的洛伦兹力方向向上；乙中正电荷所受的洛伦兹力方向向下；丙中正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向读者；丁中正电荷所受的洛伦兹力的方向垂直于纸面指向纸里。
例2：来自宇宙的电子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些电子在进入地球周围的空间时，将（）
A．竖直向下沿直线射向地面B．相对于预定地面向东偏转
C．相对于预定点稍向西偏转D．相对于预定点稍向北偏转
解答：。地球表面地磁场方向由南向北，电子是带负电，根据左手定则可判定，电子自赤道上空竖直下落过程中受洛伦兹力方向向西。故C项正确
例3：如图3所示，一个带正电q的小带电体处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为B，若小带电体的质量为m，为了使它对水平绝缘面正好无压力，应该（）
A．使B的数值增大
B．使磁场以速率v＝mgqB，向上移动
C．使磁场以速率v＝mgqB，向右移动
D．使磁场以速率v＝mgqB，向左移动
三、反思总结

四、当堂检测
1.一个电子穿过某一空间而未发生偏转，则（）
A．此空间一定不存在磁场
B．此空间可能有方向与电子速度平行的磁场
C．此空间可能有磁场，方向与电子速度垂直
D．以上说法都不对
2.一束带电粒子沿水平方向飞过静止的小磁针的正上方，小磁针也是水平放置，这时小磁针的南极向西偏转，则这束带电粒子可能是（）
A．由北向南飞行的正离子束B．由南向北飞行的正离子束
C．由北向南飞行的负离子束D．由南向北飞行的负离子束
3.电子以速度v0垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，则（）
A．磁场对电子的作用力始终不做功
B．磁场对电子的作用力始终不变
C．电子的动能始终不变
D．电子的动量始终不变
4.如图所示，带电粒子所受洛伦兹力方向垂直纸面向外的是（）[
5.如图所示，空间有磁感应强度为B，方向竖直向上的匀强磁场，一束电子流以初速v从水平方向射入，为了使电子流经过磁场时不偏转（不计重力），则在磁场区域内必须同时存在一个匀强电场，这个电场的场强大小与方向应是（）
A．B/v，方向竖直向上B．B/v，方向水平向左
C．Bv，垂直纸面向里D．Bv，垂直纸面向外

课后练习与提高
1．有关电荷所受电场力和洛伦兹力的说法中，正确的是（）
A．电荷在磁场中一定受磁场力的作用
B．电荷在电场中一定受电场力的作用
C．电荷受电场力的方向与该处的电场方向一致
D．电荷若受磁场力，则受力方向与该处的磁场方向垂直
2．如果运动电荷在磁场中运动时除磁场力作用外不受其他任何力作用，则它在磁场中的运动可能是（）
A．匀速圆周运动B．匀变速直线运动
C．变加速曲线运动D．匀变速曲线运动
3．电子束以一定的初速度沿轴线进入螺线管内，螺线管中通以方向随时间而周期性变化的电流，如图所示，则电子束在螺线管中做（）
A．匀速直线运动B．匀速圆周运动
C．加速减速交替的运动D．来回振动
4．带电荷量为+q的粒子在匀强磁场中运动,下面说法中正确的是
A．只要速度大小相同,所受洛伦兹力就相同()
B．如果把+q改为-q,且速度反向、大小不变,则洛伦兹力的大小不变
C．洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直,磁场方向一定与电荷运动方向垂直
D．粒子只受到洛伦兹力的作用.不可能做匀速直线运动
5．如图，是电视机的像管的结构示意图,荧光屏平面位于坐标平面xoy，y轴是显像管的纵轴线,位于显像管尾部的灯丝被电流加热后会有电子逸出,这些电子在加速电压的作用下以很高的速度沿y轴向十y方向射出.构成了显像管的“电子枪”。如果没有其他力作用,从电子枪发射出的高速电子将做匀速直线运动打到坐标原O使荧光屏的正中间出现一个亮点。当在显像管的管颈处的较小区域(图中B部分)加沿z方向的磁场(偏转磁场),亮点将偏离原点0而打在x轴上的某一点,偏离的方向和距离大小依赖于磁场的磁感应强度B。为使荧光屏上出现沿x轴的一条贯穿全屏的水平亮线(电子束的水平扫描运动)，偏转磁场的磁感应强度随时间变化的规律是图中()
6．如图所示，带电小球在匀强磁场中沿光滑绝缘的圆弧形轨道的内侧来回往复运动，它向左或向右运动通过最低点时（）
Ａ．速度相同
B．加速度相同
C．所受洛伦兹力相同
D．轨道给它的弹力相同
7．两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，两粒子质量之比为1：4，电荷量之比为1：2，则两带电粒子受洛伦兹力之比为（）
A．2：1B．1：1C．1：2D．1：4

高中物理《磁场对运动电荷的作用力》教学设计

高中物理《磁场对运动电荷的作用力》教学设计

一、教材分析
本节内容是在上一节安培力的基础上，进一步形成的新的知识点。重在让学生理解什么是洛伦兹力、并掌握洛伦兹力的方向判断和大小的计算。它也是后续学习《带电粒子在匀强磁场中运动》的知识基础。
本课教材在提出洛伦兹力的概念后，重在引导学生由安培力的方向和大小得出洛伦兹力的方向和大小，这种通过实验结合理论探究洛伦兹力的方向，再由安培力表达式推导出洛伦兹力的表达式的过程是培养学生逻辑思维能力的好机会，一定要让学生都参与进来。
二、学情分析
知识基础：学生已经学习了《磁场对通电导线的作用力》一节，知道如何判断安培力的方向以及如何计算安培力的大小。但对于安培力产生的原因，却还不甚清楚。
技能基础：学生已经具备一定的逻辑推理分析能力，因此本节课可以引导学生思考安培力的产生原因，激发学生的求知欲，引入探究式学习。
三、教学目标
（一）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、掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算.
4、了解v和B垂直时的洛伦兹力大小及方向判断.理解洛伦兹力对电荷不做功.
5、了解电视显像管的工作原理
（二）过程与方法
通过观察，形成洛伦兹力的概念，同时明确洛伦兹力与安培力的关系(微观与宏观)，借助洛伦兹力与安培力的关系，猜想并验证洛伦兹力的方向也可以用左手定则判断；通过思考与讨论，推导出洛伦兹力的大小公式F=qvBsinθ。最后了解洛伦兹力的一个应用——电视显像管中的磁偏转。
（三）情感态度与价值观
进一步学会观察、分析、推理，培养科学思维和研究方法。认真体会科学研究最基本的思维方法:“推理—假设—实验验证”。
四、教学重点与难点
重点：1.利用左手定则会判断洛伦兹力的方向.
2.掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算.
这一节承上(安培力)启下(带电粒子在磁场中的运动)，是本章的重点
难点：1.洛伦兹力对带电粒子不做功.
2.洛伦兹力方向的判断.
五、教学资源
电子射线管、高压电源、磁铁、多媒体课件
六、教学设计思路
根据对本节教材内容的分析，结合学情和相关教学资源，本节课以“情景问题高中物理《磁场对运动电荷的作用力》教学设计猜想高中物理《磁场对运动电荷的作用力》教学设计实验验证高中物理《磁场对运动电荷的作用力》教学设计理论推导高中物理《磁场对运动电荷的作用力》教学设计应用巩固”的思路进行设计。
课前通过观看“极光美景”视频，引出本节主题。然后借助“阴极射线管”演示实验指出磁场对运动电荷有力的作用，并激发学生学习的兴趣。课中借助安培力的方向，让学生通过猜想加验证的方式，学习并掌握洛伦兹力方向的判定方法，并进一步得出安培力与洛伦兹力的内在关系；借助安培力大小的计算公式，引导学生推导得出洛伦兹力大小的计算公式。最后通过练习加深对洛伦兹力的理解，并回答引入部分提出的问题。
教学过程中，以演示实验调动学生兴趣，引导学生观察、分析实验现象，围绕难点“洛伦兹力的方向”的理解，通过情景转换，老师引领、学生动手，同学互动，师生互动的方式，让学生感受，体验知识的生成过程。
七、教学过程：
（一）引入
视频欣赏：天文现象——极光
提问：为什么极光只出现在南北两极呢？
引导：解开此谜题的钥匙就是，磁场对运动电荷的作用规律。
［演示实验］观察磁场阴极射线在磁场中的偏转
［教师］说明电子射线管的原理：
说明阴极射线是灯丝加热放出电子，电子在加速电场的作用下高速运动而形成的电子流，轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以显示电子束的运动轨迹，磁铁是用来在阴极射线周围产生磁场的，还应明确磁场的方向。
提示：
1、没有磁场时，接通高压电源可以观察到什么现象。
2、光束实质上是什么？
3、若在电子束的路径上加磁场，可以观察到什么现象？
4、改变磁场的方向，通过观查从而判断运动的电子在各个方向磁场中的受力方向。
［实验结果］在没有外磁场时，电子束沿直线运动，蹄形磁铁靠近电子射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。
［学生分析得出结论］磁场对运动电荷有力的作用.------引出新课
（二）新课讲解
1、物理学中把磁场对运动电荷的作用力称为洛伦兹力。（展示洛伦兹介绍资料）
2、提问：如何探究洛仑兹力呢？
引导学生思考：
1）、电流怎么形成的？
2）、磁场对电流的作用、磁场对运动电荷的作用，两者间有何关联？
进一步引导学生分析：通电导线在磁场中为什么会受力？得出安培力与洛伦兹力的关系。
高中物理《磁场对运动电荷的作用力》教学设计
【说明】可以根据磁场对电流有作用力而对未通电的导线没有作用力，引导学生提出猜想：磁场对电流作用力的实质是磁场对运动电荷作用力的积累效果。即，安培力是洛伦兹力的宏观表现。
3、提问：既然安培力是洛伦兹力的宏观表现，那么，你们觉得可以如何探究洛伦兹力呢？
回答：借助对安培力的认识，探究洛伦兹力。
（1）提问：具体怎么探究呢，比如方向？
高中物理《磁场对运动电荷的作用力》教学设计回答：左手定则
学生说明猜想理由：
1如图，判定安培力方向.（上图甲中安培力方向为垂直电流方向向上，乙图安培力方向为垂直电流方向向下）
②.电流方向和电荷运动方向的关系.（电流方向和正电荷运动方向相同，和负电荷运动方向相反）
③.F安的方向和洛伦兹力方向关系.（F安的方向和正电荷所受的洛伦兹力的方向相同，和负电荷所受的洛伦兹力的方向相反.）
④.电荷运动方向、磁场方向、洛伦兹力方向的关系.（学生分析总结）
实验验证猜想：（回顾阴极射线管实验）猜想正确！
洛伦兹力方向的判断——左手定则
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，那么拇指所受的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向；若四指指向是电荷运动的反方向，那么拇指所指的正方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向.
【要使学生明确】：正电荷运动方向应与左手四指指向一致，负电荷运动方向则应与左手四指指向相反(先确定负电荷形成电流的方向，再用左手定则判定)。
［投影出示练习题］试判断各图中带电粒子受洛伦兹力的方向，或带电粒子的电性、或带点粒子的运动方向。
高中物理《磁场对运动电荷的作用力》教学设计高中物理《磁场对运动电荷的作用力》教学设计高中物理《磁场对运动电荷的作用力》教学设计高中物理《磁场对运动电荷的作用力》教学设计
［学生解答］
最后，通过“思考与讨论”，说明由洛伦兹力所引起的带电粒子运动的方向总是与洛伦兹力的方向相垂直的，所以它对运动的带电粒子总是不做功的。
（2）、洛伦兹力的大小
现在我们来研究一下洛伦兹力的大小.通过下面的命题引导学生一一回答。
设有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，导线高中物理《磁场对运动电荷的作用力》教学设计每单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q，定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中，求：
（1）电流强度I。
（2）通电导线所受的安培力。
（3）这段导线内的自由电荷数。
（4）每个电荷所受的洛伦兹力。
得出洛伦兹力的计算公式：当粒子运动方向与磁感应强度垂直时（高中物理《磁场对运动电荷的作用力》教学设计）：高中物理《磁场对运动电荷的作用力》教学设计
问题:若带电粒子不垂直射入磁场,粒子受到的洛伦兹力又如何呢?
引导学生进行分析:可将磁场分解（类比安培力公式得出方式）得出结论
当粒子运动方向与磁感应强度方向成θ时（v∥B）F=qvBsinθ
上两式各量的单位：F为牛（N），q为库伦（C），v为米/秒（m/s）,B为特斯拉（T）
4、课堂练习
1、电子的速率v=3×106m/s,垂直射入B=0.10T的匀强磁场中,它受到的洛伦兹力是多大?（4.8×10-14N）
高中物理《磁场对运动电荷的作用力》教学设计2、当一带正电q的粒子以速度v沿螺线管中轴线进入该通电螺线管,若不计重力,则()
A．带电粒子速度大小改变
B．带电粒子速度方向改变
C．带电粒子速度大小不变
D．带电粒子速度方向不变
（答案：CD）
3、电荷量为＋q的粒子在匀强磁场中运动，下列说法正确的是()
A．只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同
B．如果把＋q改为-q，且速度反向，大小不变，则洛伦兹力的大小方向不变
C．洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直
高中物理《磁场对运动电荷的作用力》教学设计D．粒子的速度一定变化
（答案：B）
4、来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将()
A．竖直向下沿直线射向地面
B．相对于预定地面向东偏转
C．相对于预定点稍向西偏转
D．相对于预定点稍向北偏转
高中物理《磁场对运动电荷的作用力》教学设计（答案：B）通过本题进一步引导学生作图分析：为什么极光只出现在地球的两极？（与课前引入相呼应）
5、.电视显像管的工作原理
（1）原理：应用电子束磁偏转的道理
（2）构造：由电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等组成（介绍各部分的作用）
在条件允许的情况下，可以让学生观察显像管的实物，认清偏转线圈的位置、形状，然后运用安培定则和左手定则说明从电子枪射出的电子束是怎样在洛伦兹力的作用下发生偏转的。
再通过“思考与讨论”，让学生弄清相关问题。进而介绍电视技术中的扫描现象。
最后让学生回忆“示波管的原理”，通过对比看看二者的差异。
（三）对本节内容做简要小结
（四）作业布置
（1）复习本节内容
(2)完成“问题与练习”
八、板书设计第5节《磁场对运动电荷的作用力》
一．洛伦兹力
1、洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力
安培力是洛伦兹力的宏观表现
2、洛伦兹力的方向：左手定则
F⊥vF⊥B
3、洛伦兹力大小：F洛=qVBsinθ
V⊥BF洛=qVB
V∥BF洛=0
4、特点：洛伦兹力只改变力的方向，不改变力的大小，洛伦兹力对运动电荷不做功
二．电视显像管的工作原理
1.原理
2.构造
九、教学反思
本节课利用极光这一神奇的自然现象，通过阴极射线在磁场中的偏转演示实验来引入新课，新奇的实验现象极大地吸引了学生的兴趣，明显的实验现象使学生很容易总结出磁场对运动电荷有力的作用。通过电荷的定向运动形成电流，推导出伦兹力与安培力的关系(微观与宏观)，由此可以借助安培力来探究洛伦兹力的大小和方向。最后了解洛伦兹力的一个应用——电视显像管中的磁偏转，这种与生活联系紧密的物理知识，能激发学生对物理学科的热爱，培养学生利用所学物理知识解释生活中的现象，体现从物理走向生活的教学理念。
通过课堂练习反馈，发现本课难点在于如何让学生发挥空间想象能力，判断洛伦兹力的方向。需要在课后加强练习。

磁场对通电导线的作用力

一名优秀的教师在教学时都会提前最好准备，作为教师就要好好准备好一份教案课件。教案可以让讲的知识能够轻松被学生吸收，帮助教师有计划有步骤有质量的完成教学任务。那么怎么才能写出优秀的教案呢？小编特地为大家精心收集和整理了“磁场对通电导线的作用力”，但愿对您的学习工作带来帮助。

学习内容3.4磁场对通电导线的作用力
学习目标1、会用左手定则来判断安培力的方向，
2、通过磁感应强度的定义得出安培力的计算公式，应会用公式F=BIL解答有关问题、
3、知道磁电式电流表的工作原理。
学习重、难点用左手定则判定安培力方向；用安培力公式计算
学法指导自主、合作、探究
知识链接1．磁感应强度的定义式：单位：
2．磁通量计算式：单位：
3．磁通密度是指：计算式为。
学习过程用案人自我创新
【自主学习】
1、安培力的方向
（1）左手定则：伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从掌心进入，并使四指指向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受。
（2）安培力的方向特点：尽管磁场与电流方向可以不垂直，但安培力肯总是直于电流方向、同时也垂直于磁场方向，即垂直于_____方向和_______方向所构成的平面．
2、安培力的大小：
（1）当长为L的直导线，垂直于磁场B放置，通过电流为I时，F=，此时电流受力最。
（2）当磁场与电流平行时，安培力F=。
（3）当磁感应强度B的方向与通电导线的方向成θ时，F=
说明：以上是在匀强磁场中安培力的计算公式，非匀强磁场可以看成是很多个大小、方向不同的匀强磁场的组合，通电导线在非匀强磁场中受到的安培力，是每一小段受到的安培力的合力．
3、磁电式电流表：
（1）用途：。[
（2）依据原理：。
（3）构造：。
（4）优缺点：
电流表的灵敏度很高，是指通过很小的电流时，指针就可以偏转较大的角度。在使用电流表时，允许通过的电流一般都很小，使用时应该特别注意。
【范例精析】
例1、试用电流的磁场及磁场对电流的作用力的原理，证明通有同向电流的导线相互吸引，通有异向电流的导线相互推斥力．
解析：

例2、如图3-4-3所示，质量为m的导体棒AB静止在水平导轨上，导轨宽度为L，已知电源的电动势为E，内阻为r，导体棒的电阻为R，其余接触电阻不计，磁场方向垂直导体棒斜向上与水平面的夹角为θ，磁感应强度为B，求轨道对导体棒的支持力和摩擦力．
解析：

拓展：本题是有关安培力的典型问题，必须作好受力分析图，原题给出的是立体图是很难进行受力分析，应画出投影图，养成良好的受力习惯是能力培养过程中的一个重要环节．
达标检测1．关于安培力的说法中正确的是（）
A.通电导线在磁场中一定受安培力的作用
B.安培力的大小与磁感应强度成正比，与电流成正比，而与其他量无关
C.安培力的方向总是垂直于磁场和通电导线所构成的平面
D.安培力的方向不一定垂直于通电直导线
2．下图所示的四种情况，通电导体均置于匀强磁场中，其中通电导线不受安培力的是（）

3．如图3-4-5所示，一根质量为m的金属棒AC用软线悬挂在磁感强度为B的匀强磁场中，通入A→C方向的电流时，悬线张力不为零，欲使悬线张力为零，可以采用的办法是（）
A、不改变电流和磁场方向，适当增大电流
B、只改变电流方向，并适当减小电流
C、不改变磁场和电流方向，适当减小磁感强度
D、同时改变磁场方向，并适当增大磁感强度
4．一根长直导线穿过载流金属环中心且垂直与金属环的平面，导线和环中的电流方向如图3-4-6所示，那么金属环受的力：（）
A.等于零B.沿着环半径向外C.向左D.向右

5．如上左3图所示，一位于xy平面内的矩形通电线圈只能绕ox轴转动，线圈的四个边分别与x、y轴平行，线圈中电流方向如图，当空间加上如下所述的哪种磁场时，线圈会转动起来？（）
A.方向沿x轴的恒定磁场B.方向沿y轴的恒定磁场
C.方向沿z轴的恒定磁场D.方向沿z轴的变化磁场
6．如图3-4-7所示的天平可用来测定磁感应强度B.天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，宽为L，共N匝，线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面.当线圈中通有电流I(方向如图)时，在天平左、右两边加上质量各为m１、m２的砝码，天平平衡.当电流反向(大小不变)时，右边再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡.由此可知（）
A、B方向垂直纸面向里，大小为(m１-m２)g/NIL
B、B的方向垂直纸面向里，大小为mg/2NIL
C、B的方向垂直纸面向外，大小为(m１-m２)g/NIL
D、B的方向垂直纸面向外，大小为mg/2NIL
7．如图3-4-8所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则（）
A、磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用
B、磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用
C、磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用
D、磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用
8．在磁感应强度B＝0.3T的匀强磁场中，放置一根长＝10cm的直导线，导线中通过I＝2A的电流.求以下情况，导线所受的安培力：(1)导线和磁场方向垂直；(2)导线和磁场方向的夹角为30°；(3)导线和磁场方向平行.

9．在两个倾角均为的光滑斜面上，放有一个相同的金属棒，分别通以电流I1和I2，磁场的磁感应强度大小相同，方向如图3-4-9中(a)、(b)所示，两金属棒均处于平衡状态，则两种情况下的电流强度的比值I1：I2为多少？

10．如图3-4-10所示，两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同、方向相反的电流，a受到的磁场力大小为F1．当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a受到磁场力大小变为F2，则此时b受到的磁场力大小变为（）
A、F2
B、F1-F2
C、F1+F2
D、2F1-F2
11.如图3-4-11所示，长为L的导线AB放在相互平行的金属导轨上，导轨宽度为d，通过的电流为I，垂直于纸面的匀强磁场的磁感应强度为B，则AB所受的磁场力的大小为（）
A．BILB．BIdcosθC．BId/sinθD．BIdsinθ