1.2 洛伦兹力 教案 -2022-2023学年高二下学期鲁科版（2019）选择性必修第二册

1.2洛伦兹力 一、教材分析 本节《洛伦兹力》主要介绍磁场对运动电荷的作用力，并由安培力推导出洛伦兹力的大小，介绍洛伦效力方向的判定方法，分析带电粒子在习强磁场中做速圆周运动的轨迹，并导出轨迹半径和周期。洛伦兹力是本章的重点。 教材从"磁场对电流有力的作用"和"电流是由电荷的定向运动形成的"这两个事实出发，提出磁场对运动电荷有作用力的设想，然后通过磁极靠近阴极射线管的实验来验证，在此基础上引入洛伦兹力的概念。这样处理，有利于培养学生的逻辑推理能力，同时为从安培力公式导出洛伦兹力公式做了铺垫。对于洛伦兹力的推导，教材建立了物理模型（教材图1-12)，意义在于培养学生的抽象思维能力，学习利用物理模型解决问题的方法。 2、 学情分析 学生已经知道"磁场对电流有力的作用"和"电流是由电荷的定向运动形成的"从而引发学生思考是否运动电荷在磁场中会受到力的作用。学生在通过安培力的学习已经懂得用左手定则判断安培力的方向和在必修二的学习中掌握了圆周运动的知识，以及圆的相关的数学知识。 三、核心素养的培养目标 1．能通过实验探究磁场对运动电荷的作用力，进一步体验科学探究的过程和"推理一假设一验证"的科学思维方法。 2．知道什么是洛伦力，能计算洛伦效力的大小，会断洛伦力的方向，理解洛伦力方向与安培力方向的判定方法在本质上是相同的。 3．知道洛伦兹力与安培力之间的联系，理解安培力的相互作用的本质是洛伦效力，能运用安培力的计算公式推导出洛伦兹力的计算公式。 4．知道垂直射入强磁场的带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，会运用数学工具推导带电粒子做速圆周运动的半径、周期公式，并会应用它们解答简单问题。 四、教学重点与难点 重点：使学生理解安培力产生的根本原因是运动粒子在强磁场中受到洛伦兹力的作用，并掌握计算洛伦兹力的大小、判断洛伦兹力方向的方法。 难点：难点是洛伦兹力公式的推导。学生在高中阶段运用数学工具解决物理问题时还存在一定的困难，需要在具体问题的分析中，引导学生自觉调用所学的数学工具解决物理问题。 五、教具准备 多媒体、阴极射线管、U型磁铁、电源、高压起电机等。 六、课时安排：2课时 七、教学过程 （1） 新课引入 电流是由电荷的定向移动形成的。 那么磁场对运动电荷会产生作用吗？ （2） 新课教学 1、磁场对运电荷的作用 下面我们通过阴极射线管来探究磁场对运动电荷的作用。 阴极射线管发出的阴极射线是一束高速运动的电子流。射线侧面的荧光屏显示了电子的径迹。 实验现象 当阴极射线管的周围不存在磁场时，电子的运动轨迹是直线；当阴极射线管的周围存在磁场时，电子的运动轨迹是曲线；当调转磁极时，电子偏转方向发生改变。 说明磁场对运动电荷有力的作用，作用方向与磁场方向有关。 洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力。 带电粒子的定向移动等效为电流，那么洛伦兹力方向是否也符合左手定则呢？ 电子的定向运动可以等效成电流，我们验证可以得到，洛伦兹力方向也符合左手定则。 左手定则：伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心进入,并使四指指向正电荷运动的方向,这时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。 由左手定则可以得出：洛伦兹力只能改变速度的方向而不能改变速度的大小。即洛伦兹力不做功！洛伦兹始终垂直与于磁感线，也始终垂直于运动方向，即始终垂直与于磁感线和运动方向所构成的平面。 课堂训练 大量研究表明： (1)如果电荷的速度方向与磁感应强度方向平行（B//v），f＝0 (2)如果在磁感应强度为B的匀强磁场中，电荷的速度方向与磁感应强度方向垂直（B ⊥v），f=qvB 如果速度和磁感线成任意夹角，那么洛伦兹力为多少呢？ 我们可以分解速度或者分解磁感应强度，方法如下： v1与B平行，不受洛伦兹力，F1=0 v2与B垂直，受洛伦兹力,F1=qv2B 所以可得： θ为电荷运动方向与磁场方向的夹角 分解磁感应强度可得： 2、从安培力到洛伦兹力 通电导线在磁场中受到安培力，运动电荷在磁场中受到洛伦兹力，这二者有什么内在联系呢？实际上安培力可视为大量运动电荷受到的洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力则可视为是安培力的微观解释，下面我们尝试用安培力的公式推导洛伦兹力的公式。 如图设导线横截面积为S，单位体积中含有的自由电子数为n，每个自由电子的电荷量为e，定向移动的平均速率为v，垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中。 截取一段长度l＝vΔt的导线。这段导线中所含的自由电子数为N，则N＝nSl＝nSvΔt 通过导线横截面的电荷为: Δq＝neSvΔt 通过导线的电流为:I＝Δq/Δt=neSv 这段导线所受到的安培力:F＝IlB＝neSv2BΔt 每个自由电子所受到的洛伦兹力:f＝F/N=evB 极光现象：太阳发射出的带电粒子（太阳风），大