【高中物理】高中物理新课标版人教版选修3-1：3.5-运动电荷在磁场中受到的力.doc

教学设计教学目标1知识与技能(1)知道什么是洛伦兹力。利用左手定则判断洛伦兹力的方向。(2)知道洛伦兹力大小的推理过程。(3)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。(4)了解v和B垂直时的洛伦兹力大小及方向判断。理解洛伦兹力对电荷不做功。(5)了解电视显像管的工作原理。2过程与方法通过观察，形成洛伦兹力的概念，同时明确洛伦兹力与安培力的关系(微观与宏观)，洛伦兹力的方向也可以用左手定则判断。通过思考与讨论，推导出洛伦兹力的大小公式FqvBsin。最后了解洛伦兹力的一个应用电视显像管中的磁偏转。3情感态度与价值观引导学生进一步学会观察、分析、推理，培养学生的科学思维和研究方法。让学生认真体会科学研究最基本的思维方法：“推理假设实验验证”。教学重点难点重点：1.利用左手定则会判断洛伦兹力的方向。洛伦兹力大小计算公式的推导和应用。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。这一节承上(安培力)启下(带电粒子在磁场中的运动)，是本章的重点。难点：1.洛伦兹力对带电粒子不做功。2洛伦兹力方向的判断。洛伦兹力计算公式的推导。教学用具电子射线管、高压电源、磁铁、多媒体。导入新课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(让学生上黑板做)若已知上图中：B4.0×102 T，导线长L10 cm，I1 A。求：导线所受的安培力大小？学生解答解：FBIL4×102 T×1 A×0.1 m4×103 N答：导线受的安培力大小为4×103 N。2什么是电流？学生答电荷的定向移动形成电流。教师讲述磁场对电流有力的作用，电流是由电荷的定向移动形成的，我们会想到：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。演示实验观察磁场阴极射线在磁场中的偏转(95页图3.51)教师说明电子射线管的原理：说明阴极射线是灯丝加热放出电子，电子在加速电场的作用下高速运动而形成的电子流，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，磁铁是用来在阴极射线周围产生磁场的，还应明确磁场的方向。实验结果在没有外磁场时，电子束沿直线运动，蹄形磁铁靠近电子射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。学生用左手定则判断电子束弯曲方向。学生分析得出结论磁场对运动电荷有作用力推进新课1洛伦兹力的方向和大小(1)洛伦兹力的定义：运动电荷在磁场中受到的作用力。通电导线在磁场中所受安培力是洛伦兹力的宏观表现。【说明】 可以根据磁场对电流有作用力而对未通电的导线没有作用力，引导学生提出猜想：磁场对电流作用力的实质是磁场对运动电荷的作用力。过渡语运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用，那么洛伦兹力的方向如何判断呢？问题如图(2)洛伦兹力的方向判定安培力方向。(上图甲中安培力方向为垂直电流方向向上，乙图安培力方向为垂直电流方向向下)电流方向和电荷运动方向的关系。(电流方向与正电荷运动方向相同，与负电荷运动方向相反)F安的方向和洛伦兹力方向的关系。(F安的方向与正电荷所受的洛伦兹力的方向相同，与负电荷所受的洛伦兹力的方向相反。)电荷运动方向、磁场方向、洛伦兹力方向的关系。(学生分析总结)洛伦兹力方向的判断左手定则伸开左手，使大拇指与其余四指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，若四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所受的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向；若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。【要使学生明确】 正电荷运动方向应与左手四指指向一致，负电荷运动方向则应与左手四指指向相反(先确定负电荷形成电流的方向，再用左手定则判定)。投影出示练习题“问题与练习”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。学生解答甲中正电荷所受的洛伦兹力方向向上。乙中正电荷所受的洛伦兹力方向向下。丙中正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向读者。丁中正电荷所受的洛伦兹力的方向垂直于纸面指向纸里。讨论B、v、F三者方向间的相互关系。如图所示。 甲v与B垂直 乙v与B不垂直洛伦兹力与粒子运动方向、磁感应强度方向的关系学生：F总垂直于B与v所在的平面。B与v可以垂直，可以不垂直。(3)洛伦兹力的大小现在我们来研究一下洛伦兹力的大小。通过“思考与讨论”，来推导公式FqvBsin时，应先建立物理模型(教材图3.53)，再循序渐进有条理地推导，这一个过程可放手让学生完成，体现学习的自主性。也可以通过下面的命题引导学生一一回答。设有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，导线每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为B的磁场中。问题这段导线中电流I的微观表达式是怎样的？让学生推导后回答。学生答I的微观表达式为InqSv问题这段导体所受的安培力为多大？学生答F安BIL问题这段导体中含有多少自由电荷数？学生答这段导体中含有的电荷数为nLS。问题每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为多大？学生答安培力可以看作是作用在每个运动电荷上的洛伦兹力F的合力，这段导体中含有的自由电荷数为nLS，所以FF安/nLSBIL/nLSnqvSLB/nLSqvB。问题当运动电荷的速度v方向与磁感应强度B的方向不垂直时，设夹角为，则电荷所受的洛伦兹力大小为多大？(4)洛伦兹力的计算公式当粒子运动方向与磁感应强度垂直时(vB)FqvB当粒子运动方向与磁感应强度方向成时FqvBsin上两式各量的单位：F为牛(N)，q为库伦(C)，v为米/秒(m/s)，B为特斯拉(T)最后，通过“思考与讨论”，说明由洛伦兹力所引起的带电粒子运动的方向总是与洛伦兹力的方向相垂直的，所以它对运动的带电粒子总是不做功的。1电子的速率v3×106 m/s，垂直射入B0.10 T的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？分析求解：FqvB1.60×1019×3×106×0.104.8×1014 N2来自宇宙的质子流，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竖直向下沿直线射向地面B相对于预定地面向东偏转C相对于预定点稍向西偏转D相对于预定点稍向北偏转分析解答：B。地球表面地磁场方向由南向北，质子是氢原子核带正电，根据左手定则可判定，质子自赤道上空竖直下落过程中受洛伦兹力方向向东。2电视机显像管的工作原理教师：引导学生阅读教材相关内容，思考并回答问题。电子束是怎样实现偏转的？如图所示：显像管原理示意图(俯视图)问题1：要使电子打在A点，偏转磁场应该沿什么方向？问题2：要使电子打在B点，偏转磁场应该沿什么方向？问题3：要使电子打在荧火屏的位置从A点向B点逐渐移动，偏转磁场应该怎样变化？答：1.要使电子打在A点，偏转磁场应该垂直纸面向外。2.要使电子打在B点，偏转磁场应该垂直纸面向里。3.要使电子打在荧光屏的位置从A点向B点逐渐移动，偏转磁场应该先垂直纸面向外并逐渐减小，然后垂直纸面向里并逐渐增大。电子打在荧光屏上只能有一个亮点，为什么整个荧光屏都能发光？学生阅读教材，进一步了解显像管的工作过程。最后让学生回忆“示波管的原理”，通过对比比较二者的差异。3实例探究洛伦兹力的方向例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，下列说法中正确的是()AF、B、v三者必定均保持垂直BF必定垂直于B、v，但B不一定垂直于vCB必定垂直于F、v，但F不一定垂直于vDv必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B解析：根据左手定则，洛伦兹力垂直于B，也垂直于v，垂直于B与v所决定的平面，但B与v不一定垂直。答案：B例2如图所示的是磁感应强度B、正电荷速度v和磁场对电荷的作用力F三者方向的相互关系图(其中B垂直于F与v决定的平面，B、F、v两两垂直)。其中正确的是 ()答案：D洛伦兹力的大小例3如图所示，匀强磁场方向水平向里，匀强电场方向竖直向下，有一正离子恰能沿直线从左向右水平飞越此区域。则()A若电子从右向左飞入，电子也沿直线运动B若电子从右向左飞入，电子将向上偏转C若电子从右向左飞入，电子将向下偏转D若电子从左向右飞入，电子也沿直线运动解析：若电子从右向左飞入，电场力向上，洛伦兹力也向上，所以上偏，B正确。若电子从左向右飞入，电场力向上，洛伦兹力向下。由题意，对正电荷qEBqv，与q无关，所以对电子二者也相等，所以电子从左向右飞，做匀速直线运动。答案：BD例4一个长螺线管中通有电流，把一个带电粒子沿中轴线方向射入(若不计重力影响)，粒子将在管中()A做圆周运动B沿轴线来回运动C做匀加速直线运动D做匀速直线运动解析：通电长螺线管内部的磁场方向始终与中轴线平行，带电粒子沿磁场方向运动时，不受洛伦兹力，所以一直保持原运动状态不变，正确答案是D。答案：D4对本节内容作简要小结：学生先自我小结，分组展示相互补充，教师点评归纳。5布置作业：课本“问题与练习”3、4、5题。磁流体发电机磁流体发电机，又叫等离子发电机，是根据霍尔效应，用导电流体与磁场相对运动而发电的一种设备。磁流体发电，是将带电的流体(离子气体或液体)以极高的速度喷射到磁场中去，利用磁场对带电的流体产生的作用，从而发出电来。最简单的开式磁流体发电机由燃烧室、发电通道和磁体组成。工作过程是在化石燃料燃烧后产生的高温气体中，加入易电离的钾盐或钠盐，使起部分电离后，经喷管加速产生高达摄氏3 000度、速度达到1 000米/秒的高温高速导电气体，最后产生电流。磁流体发电中的带电流体，它们是通过加热燃料、惰性气体、碱金属蒸气而得到的。在几千摄氏度的高温下，这些物质中的原子和电子的运动都很剧烈，有些电子甚至可以脱离原子核的束缚，结果，这些物质变成自由电子、失去电子的离子以及原子核的混合物，这就是等离子体。将等离子体以超音速的速度喷射到一个加有强磁场的管道里面，等离子体中带有正、负电荷的高速粒子，在磁场中受到洛伦兹力的作用，分别向两极偏移，于是在两极之间产生电压，用导线将电压接入电路中就可以使用了。磁流体发电的另一个好处是产生的环境污染少。利用火力发电，燃烧燃料产生的废气里含有大量的二氧化硫，这是造成空气污染的一个重要原因。利用磁流体发电，不仅使燃料在高温下燃烧得更加充分，它使用的一些添加材料还可以和硫化合，生成硫酸钾，并被回收利用，这就避免了直接把硫排放到空气中，对环境造成污染。利用磁流体发电，只要加快带电流体的喷射速度，增加磁场强度，就能提高发电机的功率。人们使用高能量的燃料，再配上快速启动装置，就可以使发电机功率达到1 000万kW，这就满足了一些需要大功率电力的场合。目前，中国、美国、印度、澳大利亚以及欧洲共同体等，都积极致力于这方面的研究。磁流体发电机产生电动势，输出电功率的原理如上图。1959年，美国阿夫柯公司建造了第一台磁流体发电机，功率为115 kW。此后各国均有研究制造，美苏联合研制的磁流体发电机U25B在1978年8月进行了第四次试验，气体等离子体流量为24 kg/s，温度为2 950 K，磁场为5 T，输出功率1 300 kW，共运行了50小时。目前许多国家正在研制百万千瓦的利用超导磁体的磁流体发电机。现在磁流体发电机制造中的主要问题是发电通道效率低，目前只有10%。通道和电极的材料都要求耐高温、耐腐蚀等，目前所用材料的寿命都比较短，因而磁流体发电机不能长时间运行。高中物理考试答题技巧及注意事项在考场上，时间就是我们致胜的法宝，与其犹犹豫豫不知如何落笔，倒不如多学习答题技巧。那么，高中物理考试答题技巧及注意事项有哪些呢？下面和小编一起来看看吧！高中物理考试答题技巧选择题的答题技巧解答选择题时，要注意以下几个问题：（1）注意题干要求，让你选择的是“不正确的”、“可能的”还是“一定的”。（2）相信第一判断：只有当你发现第一次判断肯定错了，另一个百分之百是正确答案时，才能做出改动，而当你拿不定主意时千万不要改。特别是对中等程度及偏下的同学尤为重要。切记：每年高考选择题错误率高的不是难题，而是开头三个简单题。不要再最简单的地方，轻敌栽坑！实验题的做题技巧（1）实验题一般采用填空题或作图题的形式出现。填空题：数值、单位、方向或正负号都应填全面；作图题：对函数图像应注明纵、横轴表示的物理量、单位、标度及坐标原点。对电学实物图，则电表量程、正负极性，电流表内、外接法，变阻器接法，滑动触头位置都应考虑周全。对光路图不能漏箭头，要正确使用虚、实线，各种仪器、仪表的读数一定要注意有效数字和单位；实物连接图一定要先画出电路图（仪器位置要对应）；各种作图及连线要先用铅笔（有利于修改），最后用黑色签字笔涂黑。切记：游标卡尺、螺旋测微器、多用电表的读数历来都是考察的重点。切记：选择题有8-10分是送你的，但你可能拿不到（单位、有效数字、小数点后保留几位、坐标原点等）。（2）常规实验题：主要考查课本实验，几年来考查比较多的是试验器材、原理、步骤、读数、注意问题、数据处理和误差分析，解答常规实验题时，这种题目考得比较细，要在细、实、全上下足功夫。（3）设计型实验重在考查实验的原理。要求同学们能审清题意，明确实验目的，应用迁移能力，联想相关实验原理。在设计电学实验时，要把安全性【所谓的安全不是对人来说，而是对仪器来说的】放在第一位，同时还要尽可能减小实验的误差【误差从偶然和系统两个方面考虑，系统免不了，偶然可减小】，避免出现大量程测量小数值的情况。计算题的答题技巧（1）仔细审题，明确题意。每一道计算题，首先要认真读题，弄清题意。审题是对题目中的信息进行搜索、提取、加工的过程。在审题中，要特别重视题中的关键词和数据，如静止、匀速、 最大速度、一定、可能、刚好等。一个较为复杂的运动过程要分解成几个不同的阶段。否则，一旦做题方向偏了，只能是白忙一场。（2）敢于做题，贴近规律。解题就是建立起与未知数数量相等的方程个数，怎样建立方程呢？方程蕴含在物理过程中以及整个过程的各个阶段中，存在于状态或状态变化之中；隐藏在约束关系之中。应由题目中的物理现象及过程所对应的或贴近的物理规律，建立主体关系式。（3）敢于解题，深于研究。遇到设问多、信息多、过程复杂的题目，在审题过程中，若明确了某一阶段的情景，并列出了方程。要敢于先把结果解出来，这对完全理顺题意起着至关重要的作用。很多情况下第二阶段的情景要由第一阶段的结果来判定，所以第一阶段的结果成为打通障碍的重要武器。（4）答题要规范，得分有技巧简洁文字说明与方程式相结合尽量用常规方法，使用通用符号分步列式，不要用综合或连等式对复杂的数值计算题，最后结果要先解出符号表达，再代入数值进行计算。高中物理考试注意事项高三学习成绩不好怎么办？看高考蝶变掌握逆袭方法。淘宝搜索高考蝶变购买！1.计算大题绝对不能空着即便你做不上来，也要写该部分对应课本中的基本物理公式。需要注意的是，必须带入题中的符号。比如说题目中电荷量是e，你在答题纸上写q往往就不会给分了。阅卷中我们老师们都严格遵守采点给分原则，也就是说，你写对了几个物理公式（与答案一样），即便没有计算，我们也给对应的分值。这是阅卷的规则，谁都不能改变。2.重视画图解题过程中要受力分析、研究运动轨迹的，一定要画图，养成画图的好习惯。图像画出来虽然有时候是没分的，借助于图像来分析题意很方便。另外，物理题的答案并不是标准的，有的时候你写的与答案不一样，老师们怎么理解呢？看图是一个捷径。答题纸上的内容是给老师看的（是你和阅卷老师的对话），不要给老师们的阅卷制造困难，图一定要画。见到很多学生不画图，也没有个依据，就直接来个物理公式。我的第一感觉就是，莫非是抄别人的？相信判你卷子的老师也是一样的。3.物理试卷中几乎没有多选题四个选项都是对的物理多选题，基本上是不会有四个选项全对的，除非是非常老旧的题（90年代的高考题）。如果你物理成绩很差，我建议你把多选题都当成单选来做，这样更有利于得分，特别是多选题的最后一道题。4.不会的暂时跳过，合理分配考试时间同学们在考场上要注意解题时间的分配，没有思路的题先跳过去。建议多选题的最后一道先跳过，实验题的最后一个空，解答题的最后一问更是要留到最后再做。原因不解释了，大家都知道，不过王尚老师想说的是，真正的在考场上认真去执行的同学还是少数。小编推荐：高考物理答题技巧5.看不懂题意的，联系课本考点物理题联系实际的很多，比如天体联系宇航的，磁场联系粒子加速度器的，等等。这些应用问题很难理解，一个诀窍就是联系课本的考点。高中物理wuli.in题万变不离其宗，考点还是源于课本。在考场上监考的时候王尚老师就发现很多同学在那里天马行空般的思考，完全脱离了课本，这样怎么能做出来呢？6.联系课堂上老师讲过的典型题和上面的建议类似，遇到难题，无从下手，就回忆下课堂上老师讲过的一些典型题，总是有类似的地方的。物理题本身就是有规律的，很多思考方法和切入点都是类似的。另外，笔者提醒同学们可以到物理自诊断学习系统中去看我们总结的解题思路，帮助你梳理考点，搞明白定理定律、物理公式的使用。