2012高考总复习物理教学案第54讲

2012高考总复习物理教学案第54讲内容摘要：

1、、教学目标1通过实验掌握左手定则，并能熟练地用左手定则判断磁场对运动电荷的作用力洛仑兹力的方向。 2理解安培力是洛仑兹力的宏观表现。 3根据磁场对电流的作用和电流强度的知识推导洛仑兹力的公式 f=掌握该公式的适用条件。 4熟练地应用公式 f=行洛仑兹力大小的计算。 二、重点、难点分析1重点是洛仑兹力方向的判断方法左手定则和洛仑兹力大小计算公式的推导和应用。 2因电荷有正、负两种，在用左手定则判断不同的电荷受到的洛仑兹力方向时，要强调四指所指方向应是正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向。 3洛仑兹力计算公式的推导是难点之一，这要从概念上讲解清楚。 三、教具感应圈、低压直流电荷（学生电源或蓄电池）、阴极射线管， 2、蹄形永久磁铁、导线若干。 四、主要教学过程（一）引入新课1设问：我们已经掌握了磁场对电流存在力的作用、安培力的产生条件和计算方法，那么磁场对运动电荷是否也有力的作用呢。 回答：有。 2实验：，让同学注意当改变磁场方向时，电子束的偏转方向也随之改变。 （二）教学过程设计1洛仑兹力（板书）通过上述实验，让学生思考：电子束在磁场中偏转的实验现象揭示了什么。 定义：磁场对运动电荷存在着力的作用，我们把它称做洛仑兹力。 2洛仑兹力产生的条件（板书）通过实验，师生共同得出。 结论：电荷电量 q0，电荷运动速度 v0，磁场相对运动电荷速度的垂直分量 B 0，三个条件必须同时具备。 在这里教师进一步强调，当运动电荷垂直进入磁 3、场时受到磁场力的作用最大，教材只要求学生掌握这种情况。 3洛仑兹力方向的判断：（板书）进一步观察电子束垂直进入磁场时的偏转，并改变磁场方向。 在黑板上作图表示，让同学找出一种判断方法。 也可联系安培力方向的判断推理确定洛仑兹力方向的判断方法左手定则。 结论：洛仑兹力的方向判断也遵循左手定则。 4洛仑兹力的大小（板书）师生共同讨论得出。 提问：（1）如何用（单位体积内含的运动电荷数 n，每个电荷电量为 q，电荷的平均定向移动速率是 v，导线的横截面积是 S）n、q、v、S 来表示通电导线中的电流强度 I。 教师画图点拨，学生自己讨论得出（2）如何从合力的观点出发用洛仑兹力 f 来表达安培力 F 的值。 （当通电 4、导线垂直于磁场时）教师点拨，学生自己讨论得出（N 为导线中电荷总数）（3）让学生自己根据上面二个式子推出一个运动电荷垂直于磁场方向运动时受到的洛仑兹力的大小。 代入式：L=f=）提问：f=适用条件是什么。 答：当电荷 q 以速度 v 垂直进入磁感应强度为 B 的磁场中，它所受的洛仑兹力 f=三）课堂练习1如图所示，运动电荷电量为 q=210性图中标明，运动速度v=4103ms，匀强磁场磁感应强度为 B=电荷受到的洛仑兹力的大小和方向。 可以让六位同学上黑板上每人演算一小题，写出公式计算洛仑兹力的大小，并标明电荷受力方向。 2当一带正电 q 的粒子以速度 v 沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力， 5、则 A带电粒子速度大小改变；B带电粒子速度方向改变；C带电粒子速度大小不变；D带电粒子速度方向不变。 、小结安培力是洛仑兹力的宏观表现。 当运动电荷 q 以速度 v 垂直进入磁感应强度为 B 的磁场中，它受到的洛仑兹力 f=仑兹力的方向由左手定则来判断。 当电荷运动速度平行于磁场方向进入磁场中，电荷不受洛仑兹力作用。 六、说明1本节教材的重点是洛仑兹力产生的条件，洛仑兹力的大小和方向，难点是公式 f=推导，为突出重点和难点，该节内容不涉及带电粒子在磁场中的运动轨迹等问题。 2严格说，洛仑兹力的大小等于电荷电量 q、电荷速率 v、磁感应强度 v 和 B 间夹角 的正弦 乘积。 当电荷运动速率方向与磁场方向垂 6、直时，电荷受洛仑兹力最大，f=电荷运动方向与磁场方向一致时，电荷受洛仑兹力最小，等于零。 因教材只要求学生掌握后两种情况的判断和计算，所以教案中只推导出 =90时的洛仑兹力 f=洛仑兹力属于微观力学范畴，充分利用实验让学生从感性知识入手，激发学生的兴趣，在讲解重点知识时，分步运用观察实验、提问、思考、讲解、推导等手段，让同学在积极参与的过程中理解和掌握本节知识内容。 带电粒子在磁场中的运动 一、教学目标1根据洛仑兹力的特点，理解带电粒子垂直进入磁场做匀速圆周运动。 2以洛仑兹力为向心力推导出带电粒子在磁场中做圆运动的半径 r=掌握速度选择器和质谱仪的工作原理和计算方法。 二、重点、难点分析1洛仑兹力 7、 f=应用是该节重点。 2洛仑兹力作为向心力，是使运动电荷在磁场中做匀速圆周运动的本节的难点。 3对速度选择器和质谱仪的工作原理的理解和掌握也是本节的重点和难点。 三、教具洛仑兹力演示仪。 四、主要教学过程（一）引入新课1提问：如图所示，当带电粒子 q 以速度 v 分别垂直进入匀强电场和匀强磁场中，它们将做什么运动。 （如图 1 所示）回答：平抛和匀速圆周运动。 在此学生很有可能根据带电粒子进入匀强电场做平抛运动的经验，误认为带电粒子垂直进入匀强磁场也做平抛运动。 在这里不管学生回答正确与错误，都应马上追问：为什么。 引导学生思考，自己得出正确答案。 观察演示实验：带电粒子在磁场中的运动洛仑兹力演示仪。 3看挂图 8、，比较带电粒子垂直进入匀强电场和磁场这两种情况下轨迹的差别。 （二）教学过程设计1带电粒子垂直进入匀强磁场的轨迹（板书）提问：f 洛 在什么平面内。 它与 v 的方位关系怎样。 f 洛 对运动电荷是否做功。 f 洛 对运动电荷的运动起何作用。 带电粒子在磁场中的运动具有什么特点。 通过学生的回答，展开讨论，让同学自己得出正确的答案，强化上节所学知识洛仑兹力产生条件，洛仑兹力大小、方向的计算和判断方法。 结论：（板书）带电粒子垂直进入匀强磁场，其初速度 v 与磁场垂直，根据左手定则，其受洛仑兹力的方向也跟磁场方向垂直，并与初速度方向都在同一垂直磁场的平面内，所以粒子只能在该平面内运动。 洛仑兹力总是跟带电粒子的 9、运动方向垂直，它只改变粒子运动的方向，不改变粒子速度的大小，所以粒子在磁场中运动的速率是恒定的，这时洛仑兹力的大小 f=是恒定的。 洛仑兹力对运动粒子不做功。 洛仑兹力对运动粒子起着向心力的作用，因此粒子的运动一定是匀速圆周运动。 2带电粒子在磁场中运动的轨道半径提问：带电粒子做匀速圆周运动时，什么力作为向心力。 F 心 =f 洛 = （1）做匀速圆周运动的物体所受的向心力 F 心 与物体质量 m、速度 v 和半径 r （2）进而由学生自己推出讨论：粒子运动轨道半径与哪些因素有关，关系如何。 质量不同电量相同的带电粒子，若以大小相等的动量垂直进入同一匀强磁场，它们的轨道半径关系如何。 速度相同，荷质比不同 10、的带电粒子垂直进入同一匀强磁场，它们的轨道半径关系如何。 在同一磁场中做半径相等的圆周运动的氢、氦原子核，哪个运动速度大。 3带电粒子在磁场中的运动周期提问：圆周长与圆半径有何关系。 周长=2r圆周运动的周期与周长和速率的关系如何。 推出带电粒子在磁场中的周期讨论：带电粒子在磁场中做圆周运动的周期大小与哪些因素有关。 关系如何。 同一带电粒子，在磁场中做圆周运动，当它的速率增大时，其周期怎样改变。 速率不同、质量也不同的两带电粒子进入同一磁场做圆周运动，若它们的周期相同，则它们相同的物理量还有哪个。 4速度选择器的工作原理提问：带电粒子（带正电）q 以速度 v 垂直进入匀强电场，受电场力作用，运动方向将发生偏 11、转，如图 2 所示。 若在匀强电场范围内再加一个匀强磁场，使该带电粒子的运动不偏转，求所加匀强磁场的方向和磁感应强度的大小。 引导学生利用所学知识自己分析得出结论。 分析：电荷进入电场，受垂直向下的电场力作用而偏转，若使它不发生偏转，电荷受所加磁场的洛仑兹力方向一定与电场力方向相反，根据左手定则和洛仑兹力方向确定磁场方向：垂直纸面、背向读者，如图 3 所示。 因为 f 洛 =F 安若我们在该装置前后各加一块挡板，让电量相同的不同速度的带电粒子从前边挡板中小孔射入，经过匀强电场和磁场，只有其运动速度刚好满足 f 洛 =F 安的粒子运动轨迹不发生偏转，从第二块挡板上小孔中射出。 改变匀强电场或匀，就可以得到 12、不同速度的带电粒子。 这个装置就叫做速度选择器。 由上面的关系很容易推导出通过速度选择器若将一个能通过某速度选择器的正电荷换成一个电量相等速度不变的负电荷，它还能通过该速度选择器吗。 为什么。 回答：能。 因为虽然它所受电场力和洛仑兹力方向都与正电荷方向相反，但大小仍然相等，其合力仍然为零，所以能通过。 5质谱仪同的速度垂直进入同一匀强磁场，如图 4，求它们运动的轨道半径之比是多少。 别有：以上装置就是质谱仪，它可以很方便地帮助我们发现一些元素的同位素，或计算一些带电粒子的质量或荷质比。 五、课堂小结，受到一个大小不变而且始终与其速度方向垂直的洛仑兹力作用，此力对带电粒子不做功，只改变粒子的速度方向，不改变其速度大小，粒子将做匀速圆周运动，其轨道半径为 r=粒子（质量、电荷不相同），其 r 与。