3.4洛伦兹力

范波

教学目标

（一）知识与技能

1、通过实验，认识洛伦兹力。会判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小。

2、理解洛伦兹力对运动电荷不做功。

3、了解速度选择器。

（二）过程与方法

通过观察电子束在磁场中的偏转研究洛伦兹力的方向，体验研究物理学的实验方法。

对比安培力与洛伦兹力，从理论上到处洛伦兹力公式，认识科学探究方法的多样性。

（三）情感、态度与价值观

由实验观察得知洛伦兹力的存在，培养实事求是的科学态度。

由理论推导得出洛伦兹力大小的公式，养成严密推理的科学作风。

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。

教学难点

1、理解洛伦兹力对运动电荷不做功。

2、洛伦兹力方向的判断。

教学过程

（一）引入新课

教师：（复习提问）前面我们学习了磁场对电流的作用力，下面思考两个问题：

（1）如图，判定安培力的方向

解答如下：

若已知上图中：B=4.0×10-2 T，导线长L=10 cm，I=1 A。求：导线所受的安培力大小？

学生解答：

F=BIL=4×10-2 T×1 A×0.1 m=4×10-3 N

答：导线受的安培力大小为4×10-3 N。

（2）电流是如何形成的？

学生：电荷的定向移动形成电流。

教师：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？

学生：这个力可能是作用在运动电荷上的，而安培力是作用在运动电荷上的力的宏观表现。

［演示实验］用阴极射线管研究磁场对运动电荷的作用。

教师：说明电子射线管的原理：

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荧光，可以显示电子束的运动轨迹。

学生：观察实验现象。

实验结果：在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将条形磁体靠近阴极射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。

学生分析得出结论：磁场对运动电荷有作用。

（二）进行新课

1、洛伦兹力的方向

教师讲述：运动电荷在磁场中受到的作用力称为洛伦兹力。通电导线在磁场中所受安培力实际是洛伦兹力的宏观表现。

我们用安培定则判断安培力的方向，因此可以用安培定则判断洛伦兹力的方向。

（投影）

左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都和手掌在一个平面内，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向正电荷运动的方向，那么，大拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。

如果运动的是负电荷，则四指指向负电荷运动的反方向，那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。

［投影片出示练习题］

（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。

甲 乙 丙 丁

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。

2、洛伦兹力的大小

教师：现在我们来研究洛伦兹力的大小。

如图，以一根长为L，横截面积为S、通过的电流为I的导线为研究对象，请你完成如下问题：

（1） 设导线中单位体积内所含的自由电荷数为n，每个电荷的电荷量为q，电荷定向移动的平均速率为v，如何计算通过导线的电流I？

（2） 设直线导线处在磁感应强度为B的匀强磁场中，电流与磁场方向垂直，如何求出该段电流受到的安培力F？

（3） 如何计算该段导线中总的自由电荷数N？

（4） 若把安培力F看作是作用在每个运动电荷上的洛伦兹力f的矢量和，能求出f吗？

教师：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，则电荷所受的洛伦兹力大小为多大？

教师指出：上式中各量单位：为牛（N），q为库伦（C），v为米/秒（m/s），B为特斯拉（T）

投影片出示课本例题并引导得出速度选择器原理。

3、带电粒子在磁场中的运动

F洛=qvB=mv2/R R=mv2/qB

T=2πR/v=2πm/qB

3.5《探究洛伦兹力》教案