1、教学建议本节内容既是安培力的延续,也是后面学习带电粒子在磁场中运动的基础,还是力学分析中重要的一部分。学好本节,对以后力学综合问题中涉及洛伦兹力的分析,对利用功能关系解力学问题有很大的帮助。洛伦兹力的方向和大小是本节教材的重点,实验结合理论探究洛伦兹力方向,再由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式的过程是培养学生逻辑思维能力的好机会,一定要让全体学生都参与这一过程。“洛伦兹力的方向与带电粒子的运动方向有什么关系?洛伦兹力对带电粒子的速度有什么影响?洛伦兹力对带电粒子做的功是多少?”可以提出这样三个问题供学生思考与讨论,课堂教学中可以组织学生开展小组讨论,然后通过交流发言得出正确结论。(1)洛伦
2、兹力的方向演示实验不仅能够让学生确信洛伦兹力的存在,而且可以通过实验发现洛伦兹力的方向与磁场方向和电荷的运动方向都有关系,探究出它们之间的关系能成为“安培力是洛伦兹力的宏观表现”的一个佐证。同时,这个演示实验让肉眼看不到的电子显现出径迹,让学生可以亲眼观察磁场使电子径迹发生弯曲的现象,可以大大激发起学生的好奇心和求知欲,甚至有的学生由此能树立从事科学研究的人生志向。因此做好这个演示实验十分重要。应充分发挥演示实验的作用,结合对安培力方向的复习,使研究洛伦兹力方向的过程成为一个科学猜想,逻辑思维,实验证实,归纳讨论的过程。与安培力的方向一样,培养学生的空间想象能力仍然是学好本节的关键。应帮助学生
3、建立三维空间模型,充分发挥立体图和各种剖面图的作用。同时由于我们的习题和例题大多数是洛伦兹力方向、电荷的运动方向、磁感应强度方向两两垂直,应该防止学生在解决实际问题时误以为洛伦兹力方向、电荷的运动方向、磁感应强度方向一定是两两垂直的。可结合实例强调洛伦兹力的方向一定与电荷的运动方向和磁感应强度的方向都垂直,但电荷的运动方向与磁感应强度方向可以成任意角度。当电荷的运动方向与磁感应强度方向垂直时,洛伦兹力最大,当电荷的运动方向与磁感应强度方向平行时,洛伦兹力最小,等于零。(2)洛伦兹力的大小安培力实际是洛伦兹力的宏观表现,即一段导线所受安培力等于该段导线内所有电荷定向移动所受洛伦兹力的合力。建立推
4、导的物理模型:长为L的静止的通电导线,它受到的安培力除以导线内定向移动的带电粒子数目nLS(n为单位体积导体中的运动电荷数);再考虑推导的目标:洛伦兹力大小可能与哪些因素有关,表达式中哪些物理量不应该出现,从而找到电流I与带电粒子运动速度v的数量关系(I=nqvS)。抓住了上述线索,教师再根据学生的讨论进度适时进行点拨,让学生体会推导的思维线索和逻辑过程,不仅知道“要这样做”,更知道“为什么这样做”,避免教师或优秀学生的“推导表演”。洛伦兹力的计算公式f=qvB是在导线与磁场垂直的情况下导出的,这一公式仅适用于导线与磁场垂直的情况,如果电荷的运动方向与磁场方向不垂直,应该怎么处理?这个问题应该
5、由学生自己解决,也不必再增加一个公式。(3)用洛伦兹力的有关知识来说明电子为什么做匀速圆周运动是学习的难点。可以让学生分组讨论,通过合作学习明确以下几点:洛伦兹力总是垂直于带电粒子的速度方向,洛伦兹力对带电粒子不做功,带电粒子的动能不变。洛伦兹力大小不变且方向始终与带电粒子运动方向垂直,刚好提供了带电粒子圆周运动所需的向心力。根据洛伦兹力作为向心力推导出带电粒子的半径和周期表达式,讨论r、T与哪些因素有关,并与实验现象相比较,让学生注意到粒子的运动周期与它的速度无关。参考资料洛伦兹简介洛伦兹(HendrikAntoonLorentz,18531928),荷兰物理学家、数学家,1853年7月18
6、日生于阿纳姆,并在该地上小学和中学,成绩优异,少年时就对物理学感兴趣,同时还广泛地阅读历史和小说,并且熟练地掌握多门外语。他虽然生长在基督教的环境里,却是一个自由思想家。1870年洛伦兹考入莱顿大学,学习数学、物理和天文,1875年获博士学位。1877年,莱顿大学聘请他为理论物理学教授,而这时洛伦兹年仅23岁。洛伦兹的学术地位很高,他在莱顿大学任教了35年,他对物理学的贡献都是在这期间作出的。1912年洛伦兹辞去莱顿大学教授职务,到哈勒姆担任一个博物馆的顾问,同时兼任莱顿大学的名誉教授。19191926年洛伦兹在教育部门工作,其间从1921年起担任高等教育部部长,19111927年担任索尔维物理学会议的固定主席。在国际物理学界的各种集会上,他是一位很受欢迎的主持人。1923年他担任了国际科学协作联盟委员会主席。他还是世界上许多科学院的外国院士和科学学会的外国会员。洛伦兹于1928年2月4日在荷兰的哈勃姆去世,终年75岁。为了悼念这位荷兰近代文化的巨人,举行葬礼的那天,荷兰全国的电信、电话中止三分钟。世界各地科学界的著名人物参加了葬礼。爱因斯坦在洛伦兹墓前致词说:洛伦兹的成就“对我产生了最伟大的影响”,他是“我们时代最伟大、最高尚的人”。