1、第六節(jié) 洛侖茲力初探1教學(xué)目標(biāo)（1）經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究洛倫茲力方向的過(guò)程，知道洛倫茲力的方向與電荷的運(yùn)動(dòng)方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向都垂直，會(huì)用左手定則判斷洛倫茲力的方向。（2）經(jīng)歷由安培力公式推導(dǎo)出洛倫茲力公式的過(guò)程，由此體會(huì)磁場(chǎng)中通電導(dǎo)線所受的安培力實(shí)際上是運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。會(huì)計(jì)算洛倫茲力的大小。（3）知道電視顯像管的基本構(gòu)造以及它工作的基本原理。教材分析與教學(xué)建議洛倫茲力的方向和大小是本節(jié)教材的重點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)合理論探究洛倫茲力方向，再由安培力的表達(dá)式推導(dǎo)出洛倫茲力的表達(dá)式的過(guò)程是培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力的好機(jī)會(huì)，一定要讓全體學(xué)生都參與這一過(guò)程。教材在思考與討論中提出的邏輯線索實(shí)質(zhì)上是為推導(dǎo)過(guò)

2、程鋪設(shè)的臺(tái)階，教師也可以根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況靈活鋪設(shè)臺(tái)階，要讓不同層次的學(xué)生在討論中都有比較深刻的感受。“洛倫茲力的方向與帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向有什么關(guān)系？洛倫茲力對(duì)帶電粒子的速度有什么影響？洛倫茲力對(duì)帶電粒子做的功是多少？”教材提出這樣三個(gè)問(wèn)題供學(xué)生思考與討論，是新課標(biāo)教材重視“過(guò)程與方法”教學(xué)目標(biāo)的體現(xiàn)。課堂教學(xué)中可以組織學(xué)生開(kāi)展小組討論，然后通過(guò)交流發(fā)言得出正確結(jié)論。（1）洛倫茲力的方向演示實(shí)驗(yàn)不僅能夠讓學(xué)生確信洛倫茲力的存在，而且可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)洛倫茲力的方向與磁場(chǎng)方向和電荷的運(yùn)動(dòng)方向都有關(guān)系，探究出它們之間的關(guān)系能成為“安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)”的一個(gè)佐證。同時(shí)，這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)讓肉眼看不到

3、的電子顯現(xiàn)出徑跡，讓學(xué)生可以親眼觀察磁場(chǎng)使電子徑跡發(fā)生彎曲的現(xiàn)象，可以大大激發(fā)起學(xué)生的好奇心和求知欲，甚至有的學(xué)生由此能樹(shù)立從事科學(xué)研究的人生志向。因此做好這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)十分重要。應(yīng)充分發(fā)揮演示實(shí)驗(yàn)的作用，結(jié)合對(duì)安培力方向的復(fù)習(xí)，使研究洛倫茲力方向的過(guò)程成為一個(gè)科學(xué)猜象、邏輯思維、實(shí)驗(yàn)證實(shí)、歸納討論的過(guò)程。教學(xué)片段：根據(jù)磁場(chǎng)對(duì)電流有作用力而對(duì)未通電的導(dǎo)線沒(méi)有作用力，根據(jù)電流形成的知識(shí)分析提出猜想：磁場(chǎng)對(duì)電流作用力的實(shí)質(zhì)是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力。介紹陰極射線管，演示陰極射線在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)。此時(shí)學(xué)生的注意力很可能停留在電子束的偏轉(zhuǎn)上，不會(huì)注意磁場(chǎng)的方向。要求學(xué)生上臺(tái)實(shí)驗(yàn)，使陰極射線向上（或下）偏轉(zhuǎn)，

4、讓學(xué)生思考磁場(chǎng)應(yīng)怎樣放置。或者不作具體要求直接讓有興趣的學(xué)生上臺(tái)來(lái)重復(fù)剛才的實(shí)驗(yàn)，可能會(huì)看到不同的現(xiàn)象，比如因磁場(chǎng)上下方向使電子束前后方向偏轉(zhuǎn)而打不到熒光板上等等，引導(dǎo)學(xué)生分析原因，引出洛倫茲力方向的判斷。根據(jù)前面對(duì)安培力實(shí)質(zhì)的猜想和安培力方向的判定法則，猜想洛倫茲力方向應(yīng)垂直于電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向，并用左手定則判斷。具體到實(shí)驗(yàn)中，要看到上下方向偏轉(zhuǎn)的電子束，磁場(chǎng)應(yīng)前后方向放置，并猜想電子束的偏轉(zhuǎn)方向。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，引導(dǎo)學(xué)生注意到左手定則判斷洛倫茲力方向是要注意電子束的運(yùn)動(dòng)方向與電流方向是相反的。歸納洛倫茲力的方向。說(shuō)明“安培力實(shí)際是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)”。與安培力的方向一樣，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能

5、力仍然是學(xué)好本節(jié)的關(guān)鍵。應(yīng)幫助學(xué)生建立三維空間模型（必要時(shí)可借助一些實(shí)物工具如墻角、筆、尺等），充分發(fā)揮立體圖和各種剖面圖的作用。同時(shí)由于我們的習(xí)題和例題大多數(shù)是洛倫茲力方向、電荷的運(yùn)動(dòng)方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向是兩兩垂直的，應(yīng)該防止學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)誤以為洛倫茲力方向、電荷的運(yùn)動(dòng)方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向一定是兩兩垂直的。可結(jié)合教材圖3.5-2強(qiáng)調(diào)洛倫茲力的方向一定與電荷的運(yùn)動(dòng)方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向都垂直，但電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向可以成任意角度。當(dāng)電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直時(shí)，洛倫茲力最大，當(dāng)電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向平行時(shí)，洛倫茲力最小等于零。（2）洛倫茲力的大小教材“思考與討論

6、”揭示了推導(dǎo)洛倫茲力大小計(jì)算公式的思路。先明確推導(dǎo)的出發(fā)點(diǎn)：“安培力實(shí)際是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)即一段導(dǎo)線所受安培力等于該段導(dǎo)線內(nèi)所有電荷定向移動(dòng)所受洛倫茲力的合力”；其次建立推導(dǎo)的物理模型：長(zhǎng)為L(zhǎng)的靜止的通電導(dǎo)線，它受到的安培力除以導(dǎo)線內(nèi)定向移動(dòng)的帶電粒子數(shù)目N (N=nLs)；再考慮推導(dǎo)的目標(biāo)：洛倫茲力大小可能與哪些因素有關(guān)，表達(dá)式中那些物理量不應(yīng)該出現(xiàn)，從而找到電流為I與帶電粒子運(yùn)動(dòng)速度v的數(shù)量關(guān)系（I=nqvs）。抓住了上述線索，思考與討論就有了方向，教師應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的討論進(jìn)度適時(shí)進(jìn)行點(diǎn)撥，讓學(xué)生體會(huì)推導(dǎo)的思維線索和邏輯過(guò)程，不僅知道“要這樣做”，更知道“為什么這樣做”，避免教師或優(yōu)秀學(xué)生

7、的“推導(dǎo)表演”。洛倫茲力的計(jì)算公式F=qvB是在導(dǎo)線與磁場(chǎng)垂直的情況下導(dǎo)出的，這一公式僅適用于的情況，如果電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向不垂直，應(yīng)該怎么處理？這個(gè)問(wèn)題應(yīng)該由學(xué)生自己解決，也不必再增加一個(gè)公式F=qvBsin。教材旁批由運(yùn)動(dòng)電荷所受的洛倫茲力出發(fā)來(lái)定義磁感應(yīng)強(qiáng)度（實(shí)際上有些物理教材就是這樣定義磁感應(yīng)強(qiáng)度的，如新概念高中物理讀本），不僅拓展了學(xué)生的視野，更重要的是揭示了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)：把與相比較，它們都是用比值的方法定義的物理量，但磁場(chǎng)只與運(yùn)動(dòng)的電荷有關(guān)；靜止的電荷只能產(chǎn)生電場(chǎng)，而運(yùn)動(dòng)的電荷不僅產(chǎn)生電場(chǎng)而且產(chǎn)生磁場(chǎng)?？山Y(jié)合旁批讓學(xué)生對(duì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)、電場(chǎng)力和洛倫茲力作對(duì)比。洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷

8、不做功是一個(gè)非常重要的結(jié)論，這一結(jié)論也應(yīng)該由學(xué)生通過(guò)討論自己得出。（3）電視顯像管的工作原理新教材增加這部分內(nèi)容體現(xiàn)了物理知識(shí)與科學(xué)技術(shù)的聯(lián)系，這一類內(nèi)容都不必深究技術(shù)細(xì)節(jié)，重點(diǎn)是此技術(shù)中應(yīng)用了哪些物理原理。電視顯像管中，電子槍應(yīng)用了熱電子發(fā)射和加速電子的原理，偏轉(zhuǎn)線圈應(yīng)用了磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的洛倫茲力原理。判斷電子束的偏轉(zhuǎn)方向?qū)嶋H上是左手定則的具體應(yīng)用，判斷時(shí)應(yīng)該要求學(xué)生把左手放到圖3.5-4上，由于運(yùn)動(dòng)的是電子，學(xué)生判斷失誤的概率不小，正好利用這一情景強(qiáng)調(diào)左手的四指方向應(yīng)該與正電荷的運(yùn)動(dòng)方向一致，四指方向應(yīng)與負(fù)電荷的運(yùn)動(dòng)方向相反。電子技術(shù)中的掃描應(yīng)用的物理原理是運(yùn)動(dòng)的合成，只要說(shuō)明電子的水平分

9、運(yùn)動(dòng)是豎直方向的磁場(chǎng)控制的，電子的豎直分運(yùn)動(dòng)是水平方向的磁場(chǎng)控制的，其余細(xì)節(jié)不必深究。問(wèn)題與練習(xí)（1）內(nèi)容分析本節(jié)的5道練習(xí)都圍繞洛倫茲力的大小和方向向展開(kāi)，第1題是應(yīng)用左手定則最的基本的練習(xí)，第2題是計(jì)算洛倫茲力大小的最基本練習(xí)。第3、第4題分別以速度選擇器和磁流體發(fā)電為背景，檢測(cè)學(xué)生應(yīng)用左手定則和洛倫茲力計(jì)算公式的能力。第5題討論簡(jiǎn)單的掃描問(wèn)題。其中第3、第4題是重點(diǎn)習(xí)題，應(yīng)該特別關(guān)注。（2）解答與說(shuō)明1答：A圖中運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力的方向在紙面內(nèi)向上；B圖中運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力的方向在紙面內(nèi)向下；C圖中運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力的方向垂直紙面指向讀者；D圖中運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力的方向垂直紙面背

10、離讀者。2答：由F=qvB可知,F=1.610-193.01060.10=4.810-14N。3答：能夠通過(guò)速度選擇器的帶電粒子必須作直線運(yùn)動(dòng)，而直線運(yùn)動(dòng)的帶電粒子是沿電場(chǎng)中的等勢(shì)面運(yùn)動(dòng)，靜電力對(duì)帶電粒子不做功，洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功，所以粒子一定作勻速運(yùn)動(dòng)。洛倫茲力與靜電力等大反向，qE=qvB，故。還應(yīng)該帶領(lǐng)學(xué)生討論下列問(wèn)題：（1）如果粒子所帶電荷變?yōu)樨?fù)電荷，仍從左向右入射，此裝置是否還能作為速度選擇器用？（2）如果帶電粒子從右向左入射，此裝置是否能作為速度選擇器用？（3）如果把此裝置中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向同時(shí)反向，此裝置是否可以作為速度選擇器用？如果可以則粒子應(yīng)該從哪個(gè)方向入射？4答：等離子體進(jìn)入磁場(chǎng)，正離子受到的洛倫茲力的方向向下，所以正離子向B板運(yùn)動(dòng)，負(fù)離子向A板運(yùn)動(dòng)。（1）B板是發(fā)電機(jī)的正極。（2）在洛倫茲力的作用下，正負(fù)電荷會(huì)分別在B、A兩板上積聚，與此同時(shí)A、B兩板間會(huì)因電荷的積聚而產(chǎn)生由B指向A的電場(chǎng)，這一電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的靜電力與帶電粒子所受的洛倫茲力的方向相反。如果外電路斷開(kāi)，當(dāng)qE=qvB成立時(shí)，A、B