1.2 磁场对运动电荷的作用力（导学案）-【上好课】高二物理同步高效课堂（人教版2019选择性必修第二册）

第2节　磁场对运动电荷的作用力 导学案 【学习目标】 1.通过实验，认识洛伦兹力。能判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小。了解洛伦兹力在生产生活中的应用。 2.经历由安培力公式推导出洛伦兹力公式的过程，体会模型建构与演绎推理的方法。经历一般情况下洛伦兹力表达式的得出过程，进一步体会矢量分析的方法。 3.了解显像管的基本构造及工作的基本原理，认识电子束的磁偏转，体会物理知识与科学技术的关系。 【学习重难点】 1、教学重点：洛伦兹力方向的判断和大小计算； 2、教学难点：洛伦兹力计算公式的推导过程。 【知识回顾】 一、安培力的方向 1．安培力：通电导线在磁场中受的力。 2．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；让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。 3．安培力方向与磁场方向、电流方向的关系：F⊥B，F⊥I，即F垂直于B和I所决定的平面。 二、安培力的大小 1．垂直于磁场B的方向放置的长为l的一段导线，当通过的电流为I时，它所受的安培力F＝IlB。 2．当磁感应强度B的方向与通电导线的方向平行时，导线所受安培力为。 3．当磁感应强度B的方向与导线成θ角时，导线所受安培力F＝IlBsin_θ。 【自主预习】 一、洛伦兹力的方向 1．洛伦兹力的定义 运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力。 2．洛伦兹力的方向 (1)判断方法：左手定则。 (2)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；让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向电荷运动的方向，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，如图所示。负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反。 二、洛伦兹力的大小 1．电荷量为q的粒子以速度v运动时，如果速度方向与磁感应强度方向垂直，则F＝qvB。 2．当电荷沿磁场方向运动(即v与B的夹角θ＝0或v∥B)时，F＝。 3．当电荷运动的方向与磁场的方向夹角为θ时，F＝qvBsin_θ。 三、电子束的磁偏转 1．显像管的构造：电子枪、偏转线圈和荧光屏。 2．显像管的原理 (1)电子枪发射电子。 (2)电子束在磁场中偏转。 (3)荧光屏被电子束撞击发光。 3．扫描：在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化，使得电子束打在荧光屏上的光点不断移动，这在显示技术中叫作扫描。 【课堂探究】 【新课导入】 电视机是一种必备的家用电器，电视机显像原理是电子流撞击荧光屏，使之发亮而产生图像，请欣赏电视机显像管结构及显像管原理示意图。 电视机显像管中的电子只是细细的一束，为什么能使整个屏幕发光？ 学生提出自己的猜想。 磁场对通电导线有作用力，电流是如何形成的，你有什么启发？ 磁场可能对运动电荷有力的作用。 如何用实验验证？ 磁场对运动电荷的作用力洛伦兹力。 洛伦兹力大小和方向有什么规律？ 学生根据预习或已学知识回答问题。 【新课教学】 任务一、洛伦兹力的方向 （1） 洛伦兹力方向有什么规律 请你结合以前所学知识，你认为洛伦兹力方向有什么规律？ 猜想：磁场对电流的作用力实质是磁场对运动电荷的作用力，洛伦兹力的方向可以用左手定则判定。 如何用实验验证这一猜想？ 学生观看视频或做实验。 梳理实验现象： 实验表明：洛伦兹力的方向可以用左手定则判定。 （2） 左手定则 伸开左手，使拇指和其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向，这时拇指所指的方向就是该电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。 （3） 洛伦兹力的特点 F既与B垂直又与v垂直，即垂直于B和v所确定的平面，但B与v不一定垂直洛伦兹力对物体的运动能起到什么作用？ 洛伦兹力对电荷不做功,只改变粒子速度的方向，不改变粒子速度的大小。 任务二、洛伦兹力的大小 （1） 洛伦兹力的大小 你能根据洛伦兹力与安培力关系，尝试推导速度垂直入射磁场时受到的洛伦兹力的大小吗？ 每个自由电荷所受的洛伦兹力大小 ： 若此电子不垂直射入磁场，电子受到的洛伦兹力又如何呢 ？ F＝qvBsin θ，θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角： ①当θ＝90°时：v⊥B，sin θ＝1，F＝qvB，即运动方向与磁场垂直时，洛伦兹力最大。 ②当v∥B 时：θ＝0°，sin θ＝0，F＝0，即运动方向与磁场平行时，不受洛伦兹力。 ③当电荷静止于磁场中时（v =0）: F洛＝0 (即静止电荷不受洛伦兹力) （2） 洛伦兹力和电场力的比较 任务三、洛伦兹力的实际应用 （1） 电子束的磁偏转 现在，你可以解释为什么电视机显像管中的电子束为什么能打到荧光屏的每一个点了吗？ 显像管 洛伦兹力的方向与粒子的运动速度方向垂直，当粒