【正文】 著走著，想出了一個電學(xué)問題的算式，正為沒有地方運算而發(fā)愁。突然， 他見到面前有一塊“黑板”，就拿出隨身攜帶的粉筆，在上面運算起來。那“黑板”原來是一輛馬車的車廂背面。馬車走動了，他也跟著走，邊走邊寫；馬車越來越快，他就跑了起來，一心一意要完成他的推導(dǎo)，直到他實在追不上馬車了才停下腳步。安培這個失常的行動，使街上的人笑得前仰后合。第5節(jié) 磁場對運動電荷的作用（一）知識與技能.知道洛倫茲力大小的推理過程.掌握垂直進入磁場方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計算.. 了解電視顯像管的工作原理（二）過程與方法通過觀察，形成洛倫茲力的概念，同時明確洛倫茲力與安培力的關(guān)系(微觀與宏觀)，洛倫茲力的方向也可以用左手定則判斷。通過思考與討論，推導(dǎo)出洛倫茲力的大小公式F=qvBsinθ。最后了解洛倫茲力的一個應(yīng)用——電視顯像管中的磁偏轉(zhuǎn)。（三）情感態(tài)度與價值觀引導(dǎo)學(xué)生進一步學(xué)會觀察、分析、推理，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和研究方法。讓學(xué)生認真體會科學(xué)研究最基本的思維方法:“推理—假設(shè)—實驗驗證”。二、重點與難點：重點：.，受到洛倫茲力大小的計算.這一節(jié)承上(安培力)啟下(帶電粒子在磁場中的運動)，是本章的重點難點：..（1）知識回顧：①如果通電導(dǎo)體內(nèi)單位體積內(nèi)含有的自由電荷數(shù)為n，電荷的移動速度為v，導(dǎo)體的橫截面積為S，每個電荷的電量為q，則產(chǎn)生的電流大小為I= ②內(nèi)含總電荷個數(shù)N= ③長為L的此通電導(dǎo)體垂直磁場方向放入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中受到的安培力F= （2）上面問題中每個電荷受磁場作用力大小F1= （3）洛侖茲力是 洛倫茲力的方向：和確定安培力的方向一樣，所以用左手定則判斷洛倫茲力方向時，但洛倫茲力一定既垂直于電荷的速度方向，又垂直于磁感應(yīng)強度方向，即垂直于速度方向和磁感應(yīng)強度方向所構(gòu)成的________。計算洛倫茲力的公式： 如果電流方向與磁場方向不垂直，設(shè)磁場與電流方向的夾角等于θ，洛倫茲力公式為__________，它表示電荷的運動方向與磁場方向在一條直線上，電荷將______磁場的作用力；當(dāng)電荷的運動方向與磁場方向垂直時，電荷受到的磁場力最大等于_________。4．洛倫茲力與電場力的對比電荷在電場中就會受到電場力，其大小等于________，和電荷是否運動______．磁場對靜止的電荷____作用力，對運動的電荷也______有作用力，只有對運動方向與磁感應(yīng)強度方向_________的電荷才有作用力．電場力移動電荷時，必然伴隨著_____做功，涉及到______與其它形式的能的轉(zhuǎn)化．洛倫茲力移動電荷時，對電荷____做功. 任何情況下洛倫茲力對運動電荷不做功。洛侖茲力和安培力的對比：電視機顯象管的工作原理：電視機顯象管中的電子偏轉(zhuǎn)是利用了_________________________________。 舊課復(fù)習(xí)如圖判定安培力的方向若已知上圖中：B=102 T，導(dǎo)線長L=10 cm，I=1 ：導(dǎo)線所受的安培力大??？ 什么是電流？電流的定義式和微觀表達式是什么？ 新課探究【演示實驗】觀察磁場是否對運動電荷有作用.電子射線管的原理：【實驗結(jié)果】在沒有外磁場時，電子束沿直線運動，將蹄形磁鐵靠近電子射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運動軌跡發(fā)生了彎曲.【得出結(jié)論】 磁場對運動電荷有作用. 洛倫茲力(Lorentz force)定義：運動電荷在磁場中受到的作用力，叫洛倫茲力。洛倫茲力的方向： 實驗表明：洛倫茲力的方向既跟磁場方向垂直F⊥B，又跟電方荷的運動方向垂直F⊥v，故洛倫茲力的方向總是垂直于磁感線和運動電荷所在的平面，即：F安⊥Bv平面洛倫茲力方向的判斷——左手定則vF洛伸開左手，使大拇指和其余四指垂直且處于同一平面內(nèi)，把手放入磁場中，讓磁感線垂直穿入手心，若四指指向正電荷運動的方向，那么拇指所受的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向；若四指指向是電荷運動的反方向，那么拇指所指的正方向就是負電荷所受洛倫茲力的方向.【課堂鞏固題】試判斷下圖中所示的帶電粒子剛進入磁場時所受的洛倫茲力的方向. 洛倫茲力的大?。含F(xiàn)在我們來研究一下洛倫茲力的大小.若有一段長度為L的通電導(dǎo)線，橫截面積為S，單位體積中含有的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電量為q，定向移動的平均速率為v，將這段導(dǎo)線垂直于磁場方向放入磁感應(yīng)強度為B的磁場中.【問題】這段導(dǎo)體所受的安培力為多大？【問題】電流強度I的微觀表達式是多少？【問題】這段導(dǎo)體中含有多少自由電荷數(shù)？【問題】每個自由電荷所受的洛倫茲力大小為多大？安培力可以看作是作用在每個運動上的洛倫茲力F的合力，這段導(dǎo)體中含有的自由電荷數(shù)為nLS,所以結(jié)論：計算式：f=qvB各量的單位：f為牛（N），q為庫倫（C），v為米/秒（m/s）,B為特斯拉（T）適用條件：v⊥B【問題】若此電子不垂直射入磁場，電子受到的洛倫茲力又如何呢？由通電導(dǎo)線不垂直于磁場對受到的安培力入手分析，F(xiàn)安=BILsinθ，可得f=qvBsinθ.說明：（1）θ角為電荷運動方向和磁場方向的夾角.（2）θ=90176。時f=qvB。θ=0176。時F=0.（3）因為B為矢量Bsinθ為B在垂直于v方向上的分量.Bcosθ為B沿v方向上的分量.（4）因為v為矢量：f=qvBsinθ可寫成f=qBvsinθ.vsinθ理解為v在垂直于B方向上的分量.f=qvBsinθθ為電荷運動方向與磁場方向的夾角討論：θ=90176。時，f=qvBθ=0176。時，f=0,v和B在同一直線上，不受洛倫茲力.【注意】有以上分析可見：通電導(dǎo)線在磁場中所受的安培力就是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)?！菊n堂鞏固題】電子的速率v=3106 m/s，垂直射入B= T的勻強磁場中，它受到的洛倫茲力是多大？來自宇宙的質(zhì)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(zhì)子在進入地球周圍的空間時，將（ ） 洛倫茲力對電荷不做功.洛倫茲力的方向垂直于v和B組成的平面即洛倫茲力垂直于速度方向，因此，洛倫茲力只改變速度的方向，不改變速度的大小，所以洛倫茲力對電荷不做功.地磁場對宇宙射線中高能粒子的偏轉(zhuǎn)作用運動電荷在磁場中受到洛倫茲力的作用，運動方向會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，時刻都有大量的高能粒子流放出，稱為宇宙射線，這些高能粒子流，如果都到達地球，地球周圍存在地磁場，地磁場改變宇宙射線中帶電粒子的運動方向，對宇宙射線起了一定的阻擋作用。宇宙射線是穿透力極強的輻射線，它們來自宇宙空間，從各個方向射向地球，20世紀(jì)初，我們想要獲得一個不受輻射影響的實驗環(huán)境，總是不能如愿，即使深入礦井內(nèi)部，仍然擺脫不開宇宙射線穿透性輻射的干擾，1912年，奧地利物理學(xué)家海斯乘氣球升空去探尋這些輻射的來源，他發(fā)現(xiàn)，在氣球上升過程中，輻射不是減弱而是增強了，后來又發(fā)現(xiàn)，兩極地區(qū)的輻射更為強大，說明它似乎受地球磁場的影響，表明它含有帶電粒子（如質(zhì)子），宇宙射線中的帶電粒子在穿越地磁場過程中，受到地磁場對它們的洛倫茲力的作用，運動方向會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，對宇宙射線有一定的阻擋作用，大大減弱了到達地球表面的宇宙射線. 電視顯像管的工作原理 電視顯像管應(yīng)用了電子束在磁場中的偏轉(zhuǎn)原理。電子束射向熒光屏就能發(fā)光，一束電子束只能使熒光屏上的一個點發(fā)光，而通過偏轉(zhuǎn)線圈中磁場的偏轉(zhuǎn)就可以使整個熒光屏發(fā)光。 如圖所示，電視顯像管中，要使電子束從B逐漸向A點掃描，必須加一個怎樣變化的偏轉(zhuǎn)磁場？ 答：熒光屏中點O的下方，應(yīng)加一垂直向內(nèi)的磁場，且越下方磁場越強，而在O點的上方，應(yīng)加一垂直向外的磁場，且越上方的磁場越強?！倦娨曪@像管中的掃描】 在電視顯像管的偏轉(zhuǎn)區(qū)中存在水平方向和豎直方向強弱和方向都在不斷變化的偏轉(zhuǎn)磁場，于是，電子槍發(fā)出的電子束在熒光屏上的發(fā)光點不斷移動，對圖像進行掃描，掃描的路線如圖所示，從a開始，逐行進行，直到b，且每秒要進行50場掃描，結(jié)果，我們就感覺到熒光屏上整個都發(fā)光了。 【重點難點剖析】洛侖茲力的方向。（1）洛侖茲力的方向用左手定則判定：伸開左手，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面內(nèi)，把手放入磁場中，讓磁感線垂直穿入掌心，四指指向正電荷的運動方向，那么，大拇指所指的方向就是正電荷所受洛侖茲力的方向；如果運動電荷為負電荷，則四指指向負電荷運動的反方向。（2）F、v、B三者方向間的關(guān)系。已知v、B的方向，可以由左手定則確定F的唯一方向：F⊥v、F⊥B、則F垂直于v和B所構(gòu)成的平面（如圖所示）；但已知F和B的方向，不能唯一確定v的方向，由于v可以在v和B所確定的平面內(nèi)與B成不為零的任意夾角，同理已知F和v的方向，也不能唯一確定B的方向。 洛倫茲力大小的推導(dǎo)：依據(jù)安培力是大量運動電荷所受到的磁場力的宏觀體現(xiàn)，可利用安培力計算單個運動電荷受到的洛侖茲力的大小f。在恒定電流中，自由電荷的定向運動可視為速度為v的勻速運動，引入分析：截取兩橫截面A和B，當(dāng)AB導(dǎo)體桿中流過恒定電流I時，經(jīng)歷時間t0，則有N個帶電量為q的粒子通過A截面且必定有相同的N即洛侖茲力的大小等于帶電粒于的電量q、電荷的速度大小v、磁感應(yīng)強度B以及速度與磁感應(yīng)強度方向間夾角θ的正弦sinθ的乘積。在q、v保持不變的前提下，洛侖茲力的大小隨著磁感應(yīng)強度的大小以及速度與磁感應(yīng)強度方向間夾角θ的變化而變化。θ=90176。即速度方向與磁感應(yīng)強度垂直，洛侖茲力最大；θ=0176?；颚?180176。即速度方向與磁感應(yīng)強度方向在一條直線上，電荷受到的洛侖茲力最小，等于零。洛侖茲力的特性洛侖茲力計算公式F洛＝qvB可由安培力公式F安=BIL和電流的微觀表達式I＝nqvS共同推導(dǎo)出：F安＝BIL＝B（nqvS）L＝（nSL）qvB，而導(dǎo)體L中運動電荷的總數(shù)目為N＝nsL，故每一個運動電荷受洛倫茲力為F洛＝F安/N＝qvB。安培力是大量運動電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。無論電荷的速度方向與磁場方向間的關(guān)系如何，洛侖茲力的方向永遠與電荷的速度方向垂直，因此洛侖茲力只改變運動電荷的速度方向，不對運動電荷作功，也不改變運動電荷的速率和動能。所以運動電荷垂直磁感線進入勻強磁場僅受洛侖磁力作用時，一定作勻速圓周運動。洛侖茲力是一個與運動狀態(tài)有關(guān)的力，這與重力、電場力有較大的區(qū)別，在勻強電場中，電荷所受的電場力是一個恒力，但在勻強磁場中，若運動電荷的速度大小或方向發(fā)生改變，洛侖茲力是一個變力。洛倫茲力與電場力的比較洛侖茲力電場力作用對象運動電荷靜止或運動的電荷公式F＝Bqv（勻強磁場，v⊥B）洛倫茲力的大小，則與帶電粒子本身運動的速度緊密相關(guān)。F＝Eq 電場力的大小，與其運動狀態(tài)無關(guān)方向與v垂直，與B垂直．洛倫茲力的方向，則與帶電粒子本身運動的速度方向緊密相關(guān)。與場強E平行．電場力的方向，與其運動狀態(tài)無關(guān)做功特點只改變速度方向，不改變速度的大小，不對電荷做功．⑴在同一等勢面上移動電荷，電場力不做功．⑵在不同等勢面間移動電荷，電場力做功．實例比較帶電粒子以v⊥B進入勻強磁場：，等效環(huán)形電流：※氫原子中電子受庫侖力做勻速圓周運動：，等效環(huán)形電流：注意事項⑴B＝0時→F＝0；F＝0時→B不一定為零．⑵電荷的正負．⑴E＝0時→F＝0；F＝0時→E＝0．⑵電荷的正負．，運動電荷電量為q=2108C，電性圖中標(biāo)明，運動速度v=4103m／s，勻強磁場磁感應(yīng)強度為B=，求電荷受到的洛侖茲力的大小和方向。如圖所示，一只陰極射線管，左側(cè)不斷有電子射出，若在管的正下方放一通電直導(dǎo)線AB時，發(fā)現(xiàn)射線的徑跡往下偏，則（ ），可以通過改變AB中的電流方向來實現(xiàn)當(dāng)一帶正電q的粒子以速度v沿螺線管中軸線進入該通電螺線管，若不計重力，則 （ ）A．帶電粒子速度大小改變；B．帶電粒子速度方向改變；C．帶電粒子速度大小不變；D．帶電粒子速度方向不變?！菊n后鞏固題】在只受洛倫茲力的條件下，關(guān)于帶電粒子在勻強磁場中運動，下列說法正確的有（ ），帶電量相同，粒子所受洛倫茲力大小就相同，所以洛倫茲力不做功，所以粒子在運動過程中的動能保持不變?nèi)鐖D，在真空中勻強電場的方向豎直向下，勻強磁場方向垂直于紙面向里，3個油滴a、b、c帶有等量同種電荷，其中a靜止，b向右勻速運動，c向左勻速運動，比較它們重力的關(guān)系，正確的是______ 如圖所示，銅質(zhì)導(dǎo)電板置于勻強磁場中，通電時銅板中電流方向向下，由于磁場的作用，則（ ），使b點電勢高于a點，使a點電勢高于b點，使a點電勢高于b點，使b點電勢高于a點如圖所示，一個帶負電的物體從絕緣粗糙斜面頂端滑到底端時的速度為v，若加上個垂直紙面向外的磁場，則滑到底端時（ ） 如圖所示為電視機顯像管的偏轉(zhuǎn)線圈的示意圖，線圈中心O處的黑點表示電子槍射出的電子，它的方向由紙內(nèi)垂直指向紙外，當(dāng)偏轉(zhuǎn)線圈中的電流方向如圖所示時，電子束應(yīng)(　 )A. 向左偏轉(zhuǎn)