物理学与人类文明教学设计第一课时

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高二物理选修

第4节 磁场对运动电荷作用──洛伦兹力（第1课时）

【活动目标】

1．知道什么是洛伦兹力，会判断洛伦兹力的方向，掌握洛伦兹力大小的计算方法；

2．掌握洛伦兹力大小的推理过程；

3.

学会探究的方法，树立严谨的科学研究态度。

活动一:复习回顾，通电导线在磁场中受到安培力大小的计算方法以及方向的判断方法

例1：将长度为L、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所示.已知磁感应强度大小为B，试求下列各图中导线所受安培力的大小并在图中标明方向.

(1)F1=________ (2)F2=________ (3)F3=________ (4)F4=________

【归纳小结】

1．安培力的大小

⑴

磁感应强度的方向与通电导线平行时：

F=

⑵

磁感应强度的方向与通电导线垂直时：F=

⑶

磁感应强度的方向与通电导线夹角为θ时（如右图）：F=

2．安培力的方向

【知识回顾】电流是如何形成的？

活动二：阅读课本，结合演示实验，掌握磁场对运动电荷作用的规律

【演示实验】阴极射线在磁场中的偏转

操

作

方

法

填写内

容

未加磁场

N极前侧S极后侧

S极前侧N极后侧

亮线弯曲情况

相应平面图

知识在训练中落实

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实验结论：

【归纳小结】

1．洛伦兹力的定义：

在磁场中受到的磁场力。

2．洛伦兹力的方向（课本95页图3-4-3所示）：

(1)判断方法：用

判定。

(2)方向特点：

；即F洛垂直

决定的平面

【即时训练】

练习1：试判断下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。

思考1：负电荷在匀强磁场中受洛仑兹力的方向如何判断?

3．结合以下所设情景及提示步骤，推导出洛伦兹力大小

若有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，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大小为B的磁场中。

[K]1．导线中电流微观表达式为

2．通电导线所受的安培力

3．这段导体中含有自由电荷数为

4．安培力F在数值上等于大量定向运动电荷受到的洛伦兹力F洛的总和，所以每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为F洛=

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【归纳小结】

3．洛伦兹力的大小

(1) v⊥B时，洛伦兹力F洛＝

(2) v∥B时，洛伦兹力F洛＝

(3) v与B不平行，不垂直时，(设v与B方向夹角θ)，如图，洛伦兹力F洛＝

思考2：电荷在磁场中处于静止状态，洛伦兹力F洛＝

思考3：电量大小为q的正电荷在电场强度大小为E的匀强电场中，求处于以下四种情况下受到的电场力? ①静止于电场中

②v∥E

③v⊥E

④v与E不平行，不垂直时

F=________

F=________

F=________

F=________

【即时训练】

练习2：若电子运动速率v=3.0×106m/s，匀强磁场的磁感应强度B=0.10T，请计算在下图所示各种情况下运动电子受到洛伦兹力的大小，并在图中标明洛伦兹力的方向。

FA=

N

，

FB=

N

，FC=

N

，

FD=

N

。

源:学§

【巩固练习】

1. 关于带电粒子所受洛伦兹力F和磁感应强度B及粒子速度v三者之间的关系，下列正确的是

（

）

A．F、B、v三者必定均保持垂直

B．F必定垂直于B、v，但B不一定垂直于v

C．B必定垂直于F、v，但F不一定垂直于v

D．v必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B

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2. 带电量为＋q的粒子，在匀强磁场中运动，下面说法正确的是

（

）

A．只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就相同[来源学_科_网]

B．如果把＋q改为－q，且速度反向大小不变，则所受的洛伦兹力大小、方向均不变

C．只要带电粒子在磁场中运动，就一定受洛伦兹力作用

D．带电粒子受洛伦兹力小，则该磁场的磁感应强度小

3．一个阴极射线管的两个电极之间加上高电压后，就会在旁边的荧光屏上看到一条亮线，它是电子在高电压的作用下加速运动射到荧光屏上引起的，显示出电子运动的路径。在阴极射线管上方平行放置一根通有强电流的长直导线，其电流方向从右向左，阴极射线将（ ）

A．向纸内偏转

B．向纸外偏转

C．向上偏转

D．向下偏转][来源科网4．如图所示，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时，若不计A．做匀速直线运动

B．沿螺线管轴线做匀加速直线运动

C．沿螺线管轴线做往复运动

D．可能沿螺线管轴线做匀减速运动

重力，则粒子

（

）

5．从太阳和其他星体发射出的高能粒子流，称为宇宙射线，在射向地球时，由于地磁场的存在改变了带电粒子的运动方向，对地球起到了保护作用．如图为地磁场对宇宙射线作用的示意图，现有来自宇宙的一束质子流，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．竖直向下沿直线射地面

B．相对于预定地点向东偏转

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

6．传统的电视机显像管中，利用特殊线圈产生的磁场控制电子偏转，扫描出画面。其原理的示意图如图所示，当没有磁场时，电子束将打在荧光屏正中的O点，安装在管径上的偏转线圈可以产生磁场，使电子束发生偏转。设垂直纸面向里的磁场方向为正方向，若使电子打在荧光屏上的位置由a点逐渐移动到b点，下列变化的磁场能够使电子发生上述偏转的是（

）

B

B

B

B

B0 B0 B0 B0

t0 t0 O t

O t

O t

O t0

-B0 -B0 -B0 -B0 偏转线圈

电子枪

荧光屏

b 电子束

a O t0 t

A

B

C

D 知识在训练中落实

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