第一篇：5第五節(jié)：磁場對運動電荷的作用

高二物理教案

西北師大附中 白景曦

第五節(jié) 磁場對運動電荷的作用

白景曦

（西北師范大學第一附屬中學 甘肅 蘭州 730070）

摘要

磁場對運動電荷的作用力叫洛倫茲力；洛倫茲力的大小：f?qvBsin?，洛倫茲力的方向由左手定則確定。

關鍵詞：洛倫茲力

左手定則

特點

引言

磁場對電流有力的作用，什么是電流呢？電荷的定向移動就形成電流，于是我猜想：磁場對運動的電荷肯定有力的作用，磁場對電流的作用力其實就是磁場對每個電荷的作用力的合力。我的猜想是否正確呢？本節(jié)課我們就來研究磁場對運動電荷的作用。

第1課時：洛倫茲力的大小和方向

新課教學：

實驗：磁場對運動電荷有力的作用 裝置：電子管、蹄形磁鐵

現(xiàn)象：不加磁場電子束沿直線運動；加磁場電子束發(fā)生偏轉。

結論：磁場對運動電荷有力的作用

一、洛倫茲力

1.什么是洛倫茲力：磁場對運動電荷的作用力。洛倫茲力的方向如何確定呢？

分析：我們知道磁場對電流的作用力用左手定則來判斷，磁場對運動電荷的作用力當然可以用左手定則來判斷。怎么判斷呢？

2.方向

（1）左手定則：伸出左手，讓四指和拇指垂直并且在同一個平面內，讓磁感線垂直

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穿過手心，四肢指向正電荷的運動方向，拇指所指為正電荷所受洛倫茲力的方向；或四指指向負電荷運動方向的反方向，拇指所指為負電荷所受洛倫茲力的方向。

練習：判斷電荷所受洛倫茲力的方向。

洛倫茲力的大小與哪些因素有關，有什么關系呢？ 3.大小

我們猜想過：安培力就是各個運動電荷所受洛倫茲力的合力，因此我們可以根據(jù)安培力的大小來研究洛倫茲力的大小。

設置情境：如圖所示，一段長L，橫截面積為S的導線垂直放入磁感應強度為B勻強磁場中。若已知導線中單位體積內有n個電荷，每個電荷的帶電量為q，導線中通電流I時，電荷運動的平均速率為v。求每個電荷所受洛倫茲力為多大？

解析：

根據(jù)F?BIL，I?nqvS，得

F?B(nqvS)L

每個電荷所受洛倫茲力：f?FnLS?qvB 現(xiàn)在我們會計算洛倫茲力的大小了沒有？會了，怎么計算呢？f?qvB；我說不對，為什么呢？

這個規(guī)律是在電荷的運動方向與磁場方向垂直的條件下得到的。（1）當v?B時，f?qvB；（2）當v//B時，f?0；

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（3）當v與B成?角（圖示），f?qvBsin?。

練習2：電子的速率v=3×106 m/s，垂直射入B=0.10 T的勻強磁場中，它受到的洛倫茲力是多大？

解析：f=qvB=1.60×10-19×3×106×0.10=4.8×10-14 N

練習3： 來自宇宙的質子流，以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點，則這些質子在進入地球周圍的空間時，將（）

A.豎直向下沿直線射向地面

C.相對于預定點稍向西偏轉

B.相對于預定地面向東偏轉 D.相對于預定點稍向北偏轉

選B.地球表面地磁場方向由南向北，質子是氫原子核帶正電，根據(jù)左手定則可判定，質子自赤道上空豎直下落過程中受洛倫茲力方向向東.上題中洛倫茲力會改變質子的速度大小嗎？為什么？不會，因為洛倫茲力的方向始終垂直于運動電荷的運動方向。

二、洛倫茲力的特點：對運動電荷始終不做功。

三、應用：如圖所示。

結論

本節(jié)課收獲如下：

1.知識：（1）洛倫茲力的方向；（2）洛倫茲力的大小。2.方法：等效法

參考文獻：

[1] 人民教育出版社物理室編著．物理第二冊教師教學用書．北京：人民教育出版社，2003.[2] 人民教育出版社物理室編著．物理第二冊（必修加選修）．北京：人民教育出版社，2006.高二物理教案

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[3] 人民教育出版社．延邊教育出版社編著．物理第二冊（必修加選修）教案．吉林：延邊教育出版社，2008.[4] 馬蘭剛著．物理第二冊（必修加選修）教案．甘肅：未來教育出版社，待版．

[5] 杜鴻寶著．高二物理教案．甘肅：未來教育出版社，（等待出版）．

第二篇：磁場對運動電荷的作用教案

教學目標

知識目標

1、知道什么是洛侖茲力，知道電荷運動方向與磁場方向平行時，電荷受到的洛侖茲力等于零；電荷運動方向與磁場方向垂直時，電荷受到的洛侖茲力最大，2、會用左手定則熟練地判定洛侖茲力方向．

能力目標

由通電電流所受安培力推導出帶電粒子受磁場作用的洛侖茲力的過程，培養(yǎng)學生的遷移能力． 情感目標

通過本節(jié)教學，培養(yǎng)學生科學研究的方法論思想：即“推理——假設——實驗驗證”．

教學建議 教材分析

本節(jié)的重點是洛倫滋力的大小和它的方向，在引導學生由安培力的概念得出洛倫滋力的概念后，讓學生深入理解洛倫滋力，學習用左手定則判斷洛倫滋力的方向，注意強調：磁場對運動電荷有作用力，磁場對靜止電荷卻沒有作用力． 教法建議

在教學中需要注意教師與學生的互動性，教師先復習導入，通過實驗驗證洛侖茲力的存在，然后啟發(fā)指導學生自己推導公式

．理解洛侖茲力方向的判定方向，注意與點電荷所受電場大小、方向的區(qū)別．具體的建議是：

1、教師通過演示實驗法引入，復習提問法導出公式 式的應用．，類比電場辦法掌握公

2、學生認真觀察實驗、思考原因，在教師指導下自己推導，類比理解掌握公式．

教學設計方案

磁場對運

動電荷作用

一、素質教育目標

（一）知識教學點

1、知道什么是洛侖茲力，知道電荷運動方向與磁場方向平行時，電荷受到的洛侖茲力等于零；電荷運動方向與磁場方向垂直時，電荷受到的洛侖茲力最大，2、會用左手定則熟練地判定洛侖茲力方向．

（二）能力訓練點

由通電電流所受安培力推導出帶電粒子受磁場作用的洛侖茲力的過程，培養(yǎng)學生的遷移能力．

（三）德育滲透點

通過本節(jié)教學，培養(yǎng)學生進行“推理——假設——實驗驗證”的科學研究的方法論教育．

（四）美育滲透點

注意營造師生感情平等交流的氛圍，用優(yōu)美的語音感染學生．在平等自由的審美情境中，使師生的感情達到共鳴，從而培養(yǎng)學生的審美情感．

二、學法引導

1、教師通過演示實驗法引入，復習提問法導出公式 的應用。，類比電場辦法掌握公式

2、學生認真觀察實驗、思考原因，在教師指導下自己推導，類比理解掌握公式。

三、重點·難點·疑點及解決辦法

1、重點

洛侖茲力的大小

和它的方向。

2、難點

用左手定則判斷洛侖茲力的方向。

3、疑點

磁場對運動電荷有作用力，磁場對靜止電荷卻沒有作用力。

4、解決辦法

引導和啟發(fā)學生由安培力的概念得出洛侖茲力的概念，使學生深入理解洛侖茲力的大小和方向。

四、課時安排

1課時

五、教具學具準備

陰極射線 發(fā)射器，蹄形磁鐵。

六、師生互動活動設計

教師先復習導入，通過實驗驗證洛侖茲力的存在，然后啟發(fā)指導學生自己推導公式

。理解洛侖茲力方向的判定方向，注意與點電荷所受電場大小、方向的區(qū)別。

七、教學步驟

（一）明確目標（略）

（二）整體感知

本節(jié)教學講述磁場對運動電荷的作用力，首先通過演示實驗表明磁場對運動電荷有作用力，然后由通電導線受磁場力 的概念。

（三）重點、難點的學習與目標完成過程

1、理論探索

推導出洛侖茲力的大小和方向，重點掌握洛侖茲力

前面我們學習了磁場對通電導線有力的作用，若導線無電流，安培力為零。由此我們就會想到：磁場對通電導線的安培力可能是作用在大量運動電荷上的力的宏觀表現(xiàn)，也就是說磁場對運動電荷可能有力的作用。

2、實驗驗證

從演示實驗中可以觀察到：陰極射線（電子流）在磁場中發(fā)生偏轉，即實驗證明了磁場對運動電荷有力的作用，這一力稱為洛侖茲力．

3、洛侖茲力的方向

根據(jù)左手定則確定安培力方向的辦法，遷移到用左手定則判定洛侖茲力的方向，特別要注意四指應指向正電荷的運動方向；若為負電荷，則四指指向運動的反方向，帶電粒子在磁場中運動過程中，洛侖茲力方向始終與運動方向垂直．請同學們思考，洛侖茲力會改變帶電粒子速度大小嗎？討論：洛侖茲力對帶電粒子是否做功？

4、洛侖茲力的大小

根據(jù)通電導線所受安培力的大小，結合導體中電流的微觀表達式，讓學生推導出：當帶電粒子垂直于磁場的方向上運動時所受洛侖茲力大小，當帶電粒子平行磁場方向運動時，不受洛侖茲力．帶電粒子在磁場中運動所受的洛侖茲力的大小和方向都與其運動狀態(tài)有關．

運動電荷在磁場中受洛侖茲力作用，運動狀態(tài)會發(fā)生變化，其運動方向會發(fā)生偏轉．高能的宇宙射線的大部分不能射到地球上，就是地磁場對射線中的帶電粒子的洛侖茲力改變了其運動方向，對地球上的生物起著保護作用．

（四）思維、擴展

本節(jié)課我們學習了洛侖茲力的概念．我們知道帶電粒子平行磁場運動或靜止時，都不受磁場力的作用，帶電粒子垂直磁場運動時，所受洛侖茲力的大小，方向和磁場方向、運動方向互相街．可用左手定則判斷（舉例練習用左手定則判斷洛侖茲力的方向．）

如果粒子運動方向不與磁場方向垂直時，同學們可根據(jù)今天所學內容推導出它受的洛侖茲力大小和方向嗎？

八、布置作業(yè)

1、P152（1）（2）（3）

九、板書設計

四、磁場對運動電荷的作用

一、磁場對運動電荷的作用力——洛侖茲力

二、洛侖茲力的方向——左手定則

三、洛侖茲力的大小

1、若 ∥ 或

2、若 ⊥，四、洛侖茲力的特點

1、洛侖茲力對運動電荷不做功，不會改變電荷運動的速率。

2、洛侖茲力的大小和方向都與帶電粒子運動狀態(tài)有關

《磁場對運動電荷的作用力》教學設計

安徽省碭山中學物理組 周分工

一、教學目標

（一）知識與技能

1．知道什么是洛侖茲力，會用左手定則判定洛侖茲力方向，會計算洛倫茲力大小。

2．由安培力大小推導運動電荷所受的洛侖茲力大小，培養(yǎng)學生的遷移能力。

（二）過程與方法

1．通過復習安培力方向，電流與電荷運動方向的關系，猜想洛倫茲方向，再利用實驗加以探究驗證，使學生對安培力和洛倫茲力有統(tǒng)一認識。

2．通過復習安培力大小，電流微觀表達式，理論推導洛倫茲力大小，讓學生意識到安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。

3．通過思考討論的方式認識洛倫茲力的作用效果。

（三）情感態(tài)度與價值觀

1．通過實驗探究培養(yǎng)學生科學分析的習慣，即“假設──推理──實驗驗證”。

2．從安培力的角度研究洛倫茲力的方向、大小，使其學生建立宏觀、微觀的概念，感受物理規(guī)律的統(tǒng)一美。

二、教學重點、難點：洛倫滋力的大小和方向

三、教具：高壓感應圈，陰極射線管，條形磁鐵等

四、教學過程

1．習題導入

習題：如圖1，電子束水平向右從小磁針上方飛過，試判斷小磁針

極如何偏轉？

通過此題引導學生體會：

（1）“運動的電荷”可等效成“電流”，且等效電流方向與正電荷運動方向相同，與負電荷運動方向相反。

（2）運動電荷如同電流一樣，可在周圍產(chǎn)生磁場。

師：磁場對電流有安培力作用，“運動的電荷”可等效成“電流”，容易想到：磁場對“運動電荷”有無力的作用？（讓學生短時間思考猜測）

2．實驗探究

師：介紹實驗裝置 高壓圈 陰極射線管

演示：不加磁場時，電子不受力，作直線運動，如圖2；拿一條形磁鐵靠近玻璃管，運動的電子處在磁場中，觀察發(fā)生的現(xiàn)象，如圖

3圖2 圖3

生：電子發(fā)生了偏轉

師：這說明了什么？

生：磁場對運動的電子有力的作用

師：磁場對運動電荷確實有力的作用。荷蘭物理學家洛倫茲首先提出：運動電荷能產(chǎn)生磁場；磁場對運動電荷有力的作用。物理學上把磁場對運動電荷的作用力稱為洛倫茲力．

教師引導學生：認識一種新的力應研究它的三要素。

3．洛倫茲力方向的判斷

回憶安培力方向判斷方法──左手定則內容，結合習題結論：等效電流方向與正電荷運動方向相同，與負電荷運動方向相反，引導學生猜測：洛倫茲力方向也可用左手定則判斷。磁感線垂直穿過左手心，四指指向正電荷運動的方向或負電荷運動的反方向，拇指指應為洛倫茲力方向

實驗驗證：如圖4，讓條形磁鐵的N極正對電子束，觀察電子偏轉方向，與用左手定則判斷的結果一致；如圖5，讓S極正對電子束，重復驗證。

圖4 圖5

總結歸納：洛倫茲力方向由左手定則判定。磁感線垂直穿過左手心，四指指向正電荷運動的方向或負電荷運動的反方向，那么拇指的指向就是洛倫茲力的方向。

嘗試應用：試判斷圖6中帶電粒子剛進入磁場時所受洛倫茲力的方向

4．洛倫茲力大小的計算

圖6

如圖7，大量電荷定向移動形成電流，把電流垂直放入磁場中，每一個運動電荷都要受到洛倫茲力，這些洛倫茲力的集體（宏觀）表現(xiàn)就是安培力。

引導學生回答下列問題：

（1）若圖7中的一段導線內有（（2）若圖7中導線長設為，電流設為，磁感應強度為（（3）每個自由電荷的電量為，圖7中的總電量

為多少？（）），導線所受安培力多大？）

個自由電荷，則安培力與洛倫茲大小有什么關系？

電荷定向移動的速率為，這些電量全部從

通過，用時多少？（）

電流如何表達？（師：根據(jù)上述條件，能否推導出

生：

師：上述推導中與）的計算式？

在方向有什么要求？

生：電荷運動方向應當與磁場方向垂直。

總結：當電荷運動方向與磁場垂直時：、練習2．電子的速率、，上述各物理量的單位分別為：、,沿著與磁場垂直的方向射入的勻強磁場中，它受到的洛倫茲力是多大？電子的質量，它受到的重力是多大？，通過此題一方面讓學生熟悉洛倫茲力的公式，另一方面讓學體會分析演示實驗時，重力可以忽略的原因。

師：當電荷的運動方向與磁場方向平行時，是否受洛倫茲力呢？

生：不受，因為前節(jié)已證明當通電導體和磁場平行時，磁場對導體沒有作用力。

總結：當電荷運動方向與磁場方向平行時，受到的洛侖茲力等于零；當電荷運動方向與磁場方向垂直時，受到的洛侖茲力

思考討論：當電荷運動方向與磁場方向成角時，受到的洛倫茲力多大？（提示：分解速度或磁感應強度）

5．洛倫茲力作用效果

討論：洛倫茲力方向與電荷運動方向有何關系？

洛倫茲是否對電荷做功？

洛倫茲力對電荷速度大小、方向有何影響？

6．結課，布置作業(yè)。

第三篇：磁場對運動電荷的作用(教案)

磁場對運動電荷的作用力

鄱陽縣第二中學：*** ★新課標要求

（一）知識與技能

1、知道什么是洛倫茲力，理解安培力和洛倫茲力的關系。

2、知道洛倫茲力產(chǎn)生條件，會用左手定則判定洛倫茲力的方向。

3、知道洛倫茲力大小的推理過程。

4、應用公式F=qvBsinθ解答有關問題。

5、應用洛倫茲力有關知識解釋生產(chǎn)生活中有關的一些問題。

（二）過程與方法

通過洛倫茲力大小的推導過程進一步培養(yǎng)學生的分析推理能力。

（三）情感、態(tài)度與價值觀

讓學生認真體會科學研究最基本的思維方法：“對比—推理—假設—實驗驗證”

★教學重點

1、利用左手定則會判斷洛倫茲力的方向。

2、掌握進入磁場方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計算。

★教學難點

1、理解洛倫茲力對運動電荷不做功。

2、洛倫茲力方向的判斷。

★教學方法

實驗觀察法、講述法、分析推理法

★教學用具：

電子射線管、電源、磁鐵、投影儀、投影片

★教學過程

（一）引入新課：同學們，我們首先來觀看一下神奇而有美麗的極光。播放《美麗的極光》影片。

師：你們知道極光一般出現(xiàn)在什么地方嗎？ 生：兩極等高緯度地區(qū)。

師：為什么極光不能在赤道等低緯度地區(qū)出現(xiàn)呢？ 生：學生好奇。

師：我們通過這一節(jié)課的學習就將知道為什么極光這美麗而又神秘的面紗，這就是磁場對運動電荷的作用力（板書標題）

一、洛倫茲力（板書）

師：我們在上一節(jié)中學習了磁場對通電導線的作用力，即安培力的大小和方向。生：大小F?qvBsin?，方向：左手定則

師：磁場對通電的導線才有作用力，那么這個作用就與電流有關，那么電流是如何形成的呢？

生：電荷的定向移動形成的

師：由上述的兩個問題你可以想到什么？

生：磁場對通電導線的安培力可能是作用在大量運動電荷的作用力的宏觀表現(xiàn)，也就是說磁場可能對運動電荷有力的作用。

師：很好。磁場對運動電荷究竟有沒有作用力，我們口說無憑，能否通過實驗來驗證一下呢？

實驗驗證

師：要驗證磁場對運動電荷是否有作用力，我們不僅需要一個磁場（展示蹄形磁鐵），還需要運動電荷。那么運動電荷怎么得到呢？

展示：陰極射線管（結合視頻材料）

介紹：陰極射線管的玻璃管內已經(jīng)抽成真空，當左右兩個電極按標簽上的極性接上高壓電源時，陰極會發(fā)射電子。在電場的加速下飛向陽極，電子束掠射到熒光板上，顯示出電子束的軌跡。

演示：沒有磁場時電子束是一條直線。用一個蹄性磁鐵在電子束的路徑上加磁場，嘗試不同方向的磁場對電子束徑跡的不同影響，直至出現(xiàn)電子束在磁場中偏轉。

結論：磁場對運動電荷的確有作用力，我們把這一個作用力命名為洛倫茲力。（板書）運動電荷在磁場中受到的作用力叫做洛倫茲力，安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。

二：洛侖茲力的方向（板書）

師：作為一種力，洛倫茲力是有方向的，那么，我們怎樣來確定它的方向呢？ 引導學生：既然安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，那么洛倫茲力的方向是不是可以根據(jù)安培力的方向判斷方法來判斷呢？

生：可以，因為運動的電荷可看成等效電流。

師：很好，我們知道電流的方向是:規(guī)定正電荷移動的方向規(guī)定為電流的方向，那么正電荷所受力的方向就應該與電流的所受力的方向一樣。那么我們怎么判斷呢？

生：用左手定則判斷

正電荷運動的方向與電流的方向相同，負電荷運動的方向與電流的方向相反?？偨Y：（板書）

1.左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內；讓磁感線從掌心進入，并使四指指向正電荷運動的方向，這時拇指所指的方向就是運動的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向。

2.負電荷受力的方向與正電荷受力的方向相反。深化

師：剛才，我們在判定洛倫茲的方向時，我們注意到電荷運動方向、磁場的方向、洛倫茲力的方向具有三維關系。為了幫助同學們更好地把握它們之間的關系，下面我們運用三維圖再來分析一下洛倫茲力和電荷運動方向、磁場方向的關系。

師：甲圖我們可以用左手定則判斷，乙圖中磁場方向與電荷運動方向不垂直時，怎么辦？ 生：分解速度?（結合動畫）

師：通過這兩幅三維圖，你能總結一下F、B、V三者之間的方向關系？ 生：F與B始終垂直、F與V始終垂直，而B與V不一定垂直。（板書）練習

師：試判斷帶電粒子剛進入磁場時所受到的洛倫茲力的方向。

三：洛侖茲力的大?。ò鍟?．問題

師：剛才我們研究了洛倫茲力的方向，那么洛倫茲力大小等于多少呢？ 2．思路

師：我們能否根據(jù)已有的知識，從理論上進行推導呢？ 生：根據(jù)安培力和洛倫茲力的關系。3．建模

師：這就需要我們建立一個模型。而模型的建立，我們總是選擇簡單的，所以： 磁場：勻強磁場

電流：通以恒定電流的直導線，并與磁場垂直

設有一段長為L，橫截面積為S的直導線，單位體積內的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量為q，自由電荷定向移動的速率為v。這段通電導線垂直磁場方向放入磁感應強度為B的勻強磁場中，求

（1）通電導線中的電流（2）通電導線所受的安培力（3）這段導線內的自由電荷數(shù)（4）每個電荷所受的洛倫茲力

選擇具有代表性的同學，把他的推導過程用實物投影儀展示到大屏幕上，再請這位同學簡敘推導過程。

最后總結：(板書)

Q?nqSv t通電導線所受的安培力F安?BIL?BnqSvL 通電導線中的電流I?這段導線內的自由電荷數(shù)N?nSL 每個電荷所受的洛倫茲力F?qvB

師：我們剛剛推導出的公式F?qvB的適用條件是什么？

生：當電荷q以速度v垂直進入磁感應強度為B的磁場中，它所受的洛侖茲力F?qvB 推廣：

師：當運動電荷的方向與磁場的方向夾角為?時，電荷所受的洛倫茲力怎么求？ 生：分解速度…

結合動畫分析，得出結論：F?qvBsin? 例題：某帶電粒子的電量為q?10場中，求它受到的洛倫茲力F多大？

四：洛倫茲力的特點：

1．洛倫茲力的方向既垂直于磁場，又垂直于速度，即垂直于v和B所組成的平面． 2．洛倫茲力對電荷不做功，只改變速度的方向，不改變速度的大小． 應用 1.電視機實驗

介紹：電視機屏幕要顯示出圖象，必須要有電子打到熒光屏的各個地方上。那么，電子從哪里來呢？顯象管的電子槍能產(chǎn)生大量的高速運動的電子──電子束。但是電子都沿同一個方向運動，有什么辦法可以使電子打到熒光屏的各個地方呢？

生：加一水平的偏轉磁場。

思考：該怎么加才能使電子打到熒光屏上的A點呢？若要打到B點呢？若要使電子打到熒光屏的位置從B點逐漸向A點移動呢？

生：向外、向內、向內減弱至向外增強。

師：這樣，在電視機屏幕上就有光點從左邊移動到右邊，這在電視技術中叫做行掃描。但是，實際的電視應該電子束打到熒光屏的整個面，而不是一條線，我們該怎么辦呢？

生：加一豎直的偏轉磁場。

師：這在電視技術中叫做場掃描。如果場掃描和行掃描同時進行，想象一下，光點的運動情況會是怎么樣的呢？

動畫：掃描（場掃描：50場/秒，所以我們感到整個熒光屏都在發(fā)光）

?14C,以速率v?106m/s射入B?10?2T的勻強磁

2．極光現(xiàn)象

問題：極光是來自太陽的高能粒子進入大氣后，與大氣發(fā)生作用而產(chǎn)生的。為什么在赤道卻從來沒有它的身影呢？

生：解釋垂直射向赤道（向東偏轉）和兩極（長驅直入）的正電荷，并得出結論。師：至于有的時候高緯度地區(qū)也有極光出現(xiàn)，有興趣的同學課后可以通過上網(wǎng)等方式查閱。地磁場使得在赤道等低緯度地區(qū)沒有極光的身影，這的確是一種遺憾，但是，也正因為地磁場的存在，使我們人類的生產(chǎn)生活免遭宇宙高能粒子的傷害。

師：現(xiàn)在，我們明白了上課開始時那個美麗有神秘的極光現(xiàn)象嗎？

板書設計：

磁場對運動電荷的作用 一 磁場對運動電荷的作用力

運動電荷在磁場中受到的作用力叫做洛倫茲力，安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。二 洛倫茲力的方向──左手定則 三 洛侖茲力的大小

1、當運動電荷q以速度v垂直進入磁感應強度為B的磁場中，它所受的洛侖茲力F?qvB

2、當運動電荷的方向與磁場的方向夾角為?時，我們可以分解速度，它所受的洛侖茲力F?qvBsin?

四 洛倫茲力的特點

1．洛倫茲力的方向既垂直于磁場，又垂直于速度，即垂直于v和B所組成的平面． 2．洛倫茲力對電荷不做功，只改變速度的方向，不改變速度的大?。?/p>

第四篇：專題16：磁場對運動電荷的作用 測試題

專題16：磁場對帶電粒子的作用（洛倫磁力）

一、帶電粒子在邊界磁場中的運動問題

1．如圖所示，直角三角形ABC中存在一勻強磁場，比荷相同的兩個粒子沿AB方向射入磁場，分別從AC邊上的P、Q兩點射出，則()不定項

A．從P射出的粒子速度大

B．從Q射出的粒子速度大

C．從P射出的粒子，在磁場中運動的時間長

D．兩粒子在磁場中運動的時間一樣長

解析：作出各自的軌跡如圖所示，根據(jù)圓周運動特點知，分別從P、Q點射出時，與AC邊夾角相同，故可判定從P、Q點射出時，半徑R1

2．如圖所示，在x軸上方存在垂直紙面向里的磁感應強度為B的勻強磁場，x軸下方存在垂直紙面向外的磁感應強度為的勻強磁場．一帶負電的粒子從原點O以與x軸成30°角斜向上射入磁場，且在上方運動半徑為R.則()

A．粒子經(jīng)偏轉一定能回到原點O

B．粒子在x軸上方和下方兩磁場中運動的半徑之比為2∶1

C．粒子完成一次周期性運動的時間為

D．粒子第二次射入x軸上方磁場時，沿x軸前進3R

解析：由r＝可知，粒子在x軸上方和下方兩磁場中運動的半徑之比為1∶2，所以B項錯誤；粒子完成一次周期性運動的時間t＝T1＋T2＝＋＝，所以C項錯誤；粒子第二次射入x軸上方磁場時沿x軸前進l＝R＋2R＝3R，則粒子經(jīng)偏轉不能回到原點O，所以A項不正確，D項正確．

答案：D

3．如圖所示，平行直線aa′與bb′間有垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應強度為B.現(xiàn)分別在aa′上某兩點射入帶正電粒子M和N，M、N的初速度方向不同，但與aa′的夾角都為θ，兩粒子都恰不能越過界線bb′.兩粒子的質量均為m，電荷量均為q，兩粒子從射入到bb′的時間分別為t1和t2，則下列說法錯誤的是()

C．M粒子的初速度大于N粒子的初速度

D．M粒子的軌跡半徑大于N粒子的軌跡半徑

解析：對兩種情況分別作出軌跡可看出兩粒子在磁場中完成的圓弧所對的圓心角之和恰好是180°，則t1＋t2＝，A選項正確，B選項錯誤．從作出的圖可看出RM>RN，由R＝知vM>vN，所以選項C、D均正確．

答案：B

4．如右圖所示為圓柱形區(qū)域的橫截面，在該區(qū)域加沿圓柱軸線方向的勻強磁場．帶電粒子(不計重力)第一次以速度v1沿截面直徑入射，粒子飛入磁場區(qū)域時，速度方向偏轉60°角；該帶電粒子第二次以速度v2從同一點沿同一方向入射，粒子飛出磁場區(qū)域時，速度方向偏轉90°角．則帶電粒子第一次和第二次在磁場中運動的()

A．半徑之比為1∶

B．速度之比為1∶

C．時間之比為2∶3

D．時間之比為3∶2

答案：

C

5．如圖所示，在某空間實驗室中，有兩個靠在一起的等大的圓柱形區(qū)域，分別存在著等大反向的勻強磁場，磁感應強度B＝0.10

T，磁場區(qū)域半徑r＝

m，左側區(qū)圓心為O1，磁場向里，右側區(qū)圓心為O2，磁場向外．兩區(qū)域切點為C.今有質量m＝3.2×10－26

kg.帶電荷量q＝1.6×10－19

C的某種離子，從左側區(qū)邊緣的A點以速度v＝106

m/s正對O1的方向垂直磁場射入，它將穿越C點后再從右側區(qū)穿出．求：

(1)該離子通過兩磁場區(qū)域所用的時間．

(2)離子離開右側區(qū)域的出射點偏離最初入射方向的側移距離為多大？(側移距離指垂直初速度方向上移動的距離)

解析：(1)離子在磁場中做勻速圓周運動，在左右兩區(qū)域的運動軌跡是對稱的，如右圖，設軌跡半徑為R，圓周運動的周期為T.由牛頓第二定律

又：

聯(lián)立①②得：

T＝

將已知代入③得R＝2

m⑤

由軌跡圖知：tan

θ＝

則全段軌跡運動時間：

聯(lián)立④⑥并代入已知得：

(2)在圖中過O2向AO1作垂線，聯(lián)立軌跡對稱關系側移總距離d＝2rsin

2θ＝2

m.6．如圖所示，三個半徑分別為R、2R、6R的同心圓將空間分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個區(qū)域，其中圓形區(qū)域Ⅰ和環(huán)形區(qū)域Ⅲ內有垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應強度分別為B和B/2

.一個質子從區(qū)域Ⅰ邊界上的A點以速度v沿半徑方向射入磁場，經(jīng)磁場偏轉恰好從區(qū)域Ⅰ邊界上的C點飛出，AO垂直CO，則關于質子的運動，下列說法正確的是

A．質子最終將離開區(qū)域Ⅲ在區(qū)域Ⅳ勻速運動

B．質子最終將一直在區(qū)域Ⅲ內做勻速圓周運動

C．質子能夠回到初始點A，且周而復始的運動

D．質子能夠回到初始點A，且回到初始點前，在區(qū)域Ⅲ中運動的時間是在區(qū)域Ⅰ中運動時間的3倍

解析：根據(jù)題意，質子在Ⅰ區(qū)做圓周運動的半徑是R，且R＝mv/Bq，質子轉過的圓心角是90°，從C點離開Ⅰ區(qū)在Ⅱ中做勻速直線運動，然后進入Ⅲ區(qū)，在Ⅲ區(qū)質子的軌道半徑為r＝mv/(Bq/2)＝2R，作出質子運動的軌跡圖象

可以判斷出質子在Ⅲ區(qū)轉過的圓心角為270°，速度方向與AO這條線重合，質子回到A點，然后周而復始的運動，A、B兩項錯，C項對；質子在Ⅰ區(qū)運動的時間為t1＝T1/4＝2πm/Bq×1/4＝πm/2Bq，t2＝3T2/4＝4πm/Bq×3/4＝3πm/Bq，t2＝6t1，D項錯．

答案：C

7．如圖所示，在半徑為R的圓形區(qū)域內，有勻強磁場，磁感應強度為B，方向垂直于圓平面(未畫出)．一群比荷為的負離子體以相同速率v0(較大)，由P點在紙平面內向不同方向射入磁場中發(fā)生偏轉后，又飛出磁場，則下列說法正確的是(不計重力)()

A．離子飛出磁場時的動能一定相等

B．離子在磁場中運動半徑一定不相等

C．由Q點飛出的離子在磁場中運動的時間最長

D．沿PQ方向射入的離子飛出時偏轉角最大

解析：射入磁場的粒子比荷相等，但質量不一定相等，故射入時初動能可能不等，又因為磁場對電荷的洛倫茲力不做功，故這些粒子從射入到射出動能不變，但不同粒子的動能可能不等，A項錯誤．粒子在磁場中偏轉的半徑為r＝，由于比荷和速度都相等，磁感應強度B為定值，故所有粒子的偏轉半徑都相等，B錯誤．同時各粒子在磁場中做圓周運動的周期T＝，也相等，根據(jù)幾何規(guī)律：圓內，較長的弦對應較大的圓心角，所以從Q點射出的粒子偏轉角最大，在磁場內運動的時間最長，C對．沿PQ方向射入的粒子不可能從Q點射出，故偏角不最大，D錯，選C.二、帶電體在洛倫磁力作用下的運動問題

對帶電體在洛倫茲力作用下運動問題的分析思路：

1．確定研究對象，并對其進行受力分析．

2．根據(jù)物體受力情況和運動情況確定每一個運動過程所適用的規(guī)律．(力學規(guī)律均適用)

總之解決這類問題的方法與純力學問題一樣，無非多了一個洛倫茲力．要特別注意洛倫茲力不做功．

8．如圖所示，在磁感應強度為B的水平勻強磁場中，有一足夠長的絕緣細棒OO′在豎直面內垂直于磁場方向放置，細棒與水平面夾角為α.一質量為m帶電荷量為＋q的圓環(huán)A套在OO′棒上，圓環(huán)與棒間的動摩擦因數(shù)為μ，且μ

α.現(xiàn)讓圓環(huán)A由靜止開始下滑，試問圓環(huán)在下滑過程中：

(1)圓環(huán)A的最大加速度為多大？獲得最大加速度時的速度為多大？

(2)圓環(huán)A能夠達到的最大速度為多大？

解析：(1)由于μ

α，所以環(huán)將由靜止開始沿棒下滑．環(huán)A沿棒運動的速度為v1時，受到重力mg、洛倫茲力qv1B、桿的彈力FN1和摩擦力Ff1＝μFN1.根據(jù)牛頓第二定律，對圓環(huán)A沿棒的方向：mgsin

α－Ff1＝ma，垂直棒的方向：FN1＋qv1B＝mgcos

α，所以當Ff1＝0(即FN1＝0)時，a有最大值am，且am＝gsin

α，此時qv1B＝mgcos

α，解得：v1＝

(2)設當環(huán)A的速度達到最大值vm時，環(huán)受桿的彈力為FN2，摩擦力為Ff2＝μFN2.此時應有a＝0，即mgsin

α＝Ff2，在垂直桿方向上：FN2＋mgcos

α＝qvmB，解得：vm＝

答案：見解析

9．如圖所示，下端封閉、上端開口，高h＝5

m、內壁光滑的細玻璃管豎直放置，管底有一質量m＝10

g、電荷量q＝0.2

C的小球．整個裝置以v＝5

m/s的速度沿垂直于磁場方向進入B＝0.2

T、方向垂直紙面向里的勻強磁場，由于外力的作用，玻璃管在磁場中的速度保持不變，最終小球從上端管口飛出．取g＝10

m/s2.求：

(1)小球的帶電性．

(2)小球在管中運動的時間．

(3)小球在管內運動過程中增加的機械能．

解析：(1)小球受洛倫茲力方向向上，故小球帶正電．

(2)小球的實際運動速度可分解為水平方向的速度v和豎直方向的速度vy.與兩個分速度對應的洛倫茲力的分力分別是豎直方向的Fy和水平方向的Fx.其中，豎直方向的洛倫茲力Fy＝qvB不變，在豎直方向上由牛頓第二定律得：qvB－mg＝ma.又有h＝at2，解得t＝1

s.(3)小球飛出管口時，豎直方向的速度為：vy＝at.則小球飛出管口的合速度為：v合＝，動能增量，重力勢能的增量ΔEp＝mgh.解上述各式得機械能增加量為ΔEk＋ΔEp＝1

J.答案：(1)帶正電(2)1

s(3)1

J

10．如圖所示為一個質量為m、電荷量為＋q的圓環(huán)，可在水平放置的足夠長的粗糙細桿上滑動，細桿處于磁感應強度為B的勻強磁場中，現(xiàn)給圓環(huán)向右的初速度v0，在以后的運動過程中，圓環(huán)運動的速度圖象可能是下圖中的()

A．①②

B．③④

C．①④

D．②④

解析：給圓環(huán)向右的初速度v0，圓環(huán)運動有三種可能性，若Bv0q＝mg時，圓環(huán)做勻速直線運動，故①正確．若v>v0時，圓環(huán)與桿下邊有摩擦力作用，摩擦力逐漸減小，運動加速度逐漸減小，最終為零，Bvq＝mg時，圓環(huán)做勻速直線運動，故④正確．若v

答案：C

第五篇：磁場對運動電荷的作用(教學設計)

《磁場對運動電荷的作用》教案

教學設計理念：

本節(jié)課的主線是讓學生認真體會科學研究最基本的思維方法：“對比—推理—假設—實驗驗證”。首先，從觀看視頻《極光》引入，留下問題，激發(fā)學生的學習興趣；然后，通過猜想、驗證、得出結論的研究方法認知洛倫茲力的存在； 再采用類比探究的科學方法明確了洛倫茲力方向的判斷法則—左手定則；最后，運用宏觀向微觀遞進的科學思想從理論上解決洛倫茲力大小計算的問題，進一步培養(yǎng)學生的分析推理能力。這些探究過程讓學生自己動腦、動手，發(fā)揮學生的主體作用。并讓學生把所學的知識應用到生活、生產(chǎn)當中，能夠簡單解釋極光、電視的工作原理等；最后留下問題：“極光現(xiàn)象中，來自外太空的帶電粒子在洛倫茲力作用下，為何會螺旋狀地運動到兩極？”，首尾呼應，為下節(jié)課的學習做鋪墊?！镄抡n標要求

（一）知識與技能

1．通過實驗掌握左手定則，并能熟練地用左手定則判斷洛侖茲力的方向。2．理解安培力是洛侖茲力的宏觀表現(xiàn)。

3．會推導洛侖茲力的公式 f=qvB，并掌握該公式的適用條件。4．熟練地應用公式f=qvB進行洛侖茲力大小的計算。

5、應用洛倫茲力有關知識解釋生產(chǎn)生活中有關的一些問題。

（二）過程與方法

通過洛倫茲力大小的推導過程進一步培養(yǎng)學生的分析推理能力。

（三）情感、態(tài)度與價值觀

讓學生認真體會科學研究最基本的思維方法：“對比—推理—假設—實驗驗證” ★教學重點

1、利用左手定則會判斷洛倫茲力的方向。

2、掌握垂直進入勻強磁場方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計算。★教學難點

洛侖茲力公式f=qvB的推導 ★教學方法

實驗觀察法、講述法、分析推理法 ★教學用具：

陰極射線管、電源、磁鐵、投影儀、幻燈片 ★教學過程

一、引入新課：

觀看《美麗的極光》影片

提出問題：極光現(xiàn)象如何形成的？它為什么會出現(xiàn)在兩極地區(qū)？ 引入新課：磁場對運動電荷的作用

二、新課教學過程

（一）、復習安培力，左手定則，引入洛倫茲力 復習安培力，安培力方向的判斷方法——左手定則 提問：安培力是如何產(chǎn)生的？

學生討論、猜想：電荷的定向移動形成電流，磁場可能對運動的電荷會產(chǎn)生力的作用。實驗驗證：

介紹：陰極射線管

用一個蹄形磁鐵在電子束的路徑上加磁場，觀察到電子束在磁場中發(fā)生偏轉。結論：磁場對運動電荷的確有作用力，這個力叫做洛倫茲力。安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。

（二）、洛侖茲力的方向 提問：作為一種力，洛倫茲力是有方向的，那么，我們怎樣來確定它的方向呢？ 學生討論、猜想：洛倫茲力方向可以類比安培力方向的判斷方法——左手定則 其中四個手指應該指向正電荷運動的方向，如果是負電荷，四指要指向負電荷運動的反方向 實驗驗證：

先讓學生利用左手定則理論上判斷運動電荷受力方向，再利用陰極射線管，實驗驗證，改變磁場方向，反復實驗。

得出結論：洛侖茲力方向的判斷方法——左手定則

（三）、洛侖茲力的大小

問題：我們能否根據(jù)已有的知識，從理論上推導洛倫茲力大小該如何計算呢？ 建模：勻強磁場中，放入一根通以恒定電流的直導線，并與磁場垂直

設有一段長為L，橫截面積為S的直導線，單位體積內的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量為q，自由電荷定向移動的速率為v。這段通電導線垂直磁場方向放入磁感應強度為B的勻強磁場中，求（1）這段導線內總的自由電荷數(shù)（2）通電導線中的電流（3）通電導線所受的安培力

（4）每個自由電荷所受的洛倫茲力 教師引導，學生分組討論，推導

選擇具有代表性的同學，讓他的推導過程寫在黑板上，再請這位同學簡敘推導過程。教師總結：（1）這段導線內的自由電荷數(shù)N?nSL（2）通電導線中的電流I?Qt?nqSv

（3）通電導線所受的安培力F安?BIL?BnqSvLf?qvB2（4）每個自由電荷所受的洛倫茲力

強調公式f?qvB的適用條件：

運動電荷速度v的方向與磁感應強度B的方向垂直。

（四）、生活中的洛倫茲力 1．極光現(xiàn)象

根據(jù)本節(jié)課所學內容，簡單解釋極光現(xiàn)象：（3D動畫模擬）

來自外太空的帶電粒子在射向地球時，受到地磁場對它的作用，即洛倫茲力的作用，使這些帶點粒子螺旋狀地運動到了兩極，然后，與兩極的高層大氣發(fā)生作用，產(chǎn)生各種各樣的光線，就是美麗的極光現(xiàn)象。2.電視機

簡單介紹：電視機屏幕上能顯示出美麗圖象，也是跟運動的電荷在磁場中受到洛倫茲力的作用有關。

課后任務：同學們要想更深入了解極光現(xiàn)象和電視機的工作原理，可以自己上網(wǎng)查閱資料，下節(jié)課請一些同學來講一講。

三、小結

1、通過猜想、驗證、得出結論的研究方法認知了洛倫茲力的存在

2、采用類比探究的科學方法明確了洛倫茲力方向的判斷法則—左手定則

3、運用宏觀向微觀遞進的科學思想從理論上解決了洛倫茲力大小計算的問題

四、課后思考題：

1、公式：f?qvB的適用條件是磁場方向與電荷的運動方向垂直，如果磁場方向與電荷的運動方向不垂直，又該如何計算洛倫茲力呢？

2、極光現(xiàn)象中，來自外太空的帶電粒子在洛倫茲力作用下，為何會螺旋狀地運動到兩極？

五、板書設計：

磁場對運動電荷的作用

一、洛倫茲力：磁場對運動電荷的作用力 安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)

二、洛倫茲力的方向──左手定則

三、洛侖茲力的大小 f?qvB

適用條件：

運動電荷速度v的方向與磁感應強度B的方向垂直。

四、生活中的洛倫茲力

六、作業(yè)

1、課本P124 1、2、3、4

2、練習冊相關習題

七、課后反思

本節(jié)課的主要思想，也體現(xiàn)了新課程的理念，學生的收獲也不少，但還有一

些不足的地方。在探究洛倫茲力方向的過程，可以先從實驗入手，觀察陰極射線管中電子在磁場作用下發(fā)生偏轉，再讓學生自己如何判斷洛倫茲力的方向，學生可能會提出右手定則，教師再通過引導、總結，最后得出左手定則；還有在探究洛倫茲力大小的過程，所給的例題，解題的味道太濃，可以先從宏觀引導在微觀，讓學生自己提出所必須求的物理量，然后丟給學生自己獨立去思考，多留給學生一些互動的時間，選擇學生一些有代表性的推導過程（有好的，有不完整的），將其實物投影，最后，教師再引導、總結出結論，這樣更能體現(xiàn)探究的精神，真正體現(xiàn)學生的主體地位。