提问(2):根据牛顿第二定律,洛仑兹力对电荷的运动将产生什么样的作用?
总结学生的回答:根据牛顿第二定律,洛仑兹力使电荷沿力的方向产生与速度方向垂直的加速度,这个加速度将使电荷运动方向发生改变.
提问(3):洛仑兹力会不会使电荷速度大小发生改变?为什么?
总结学生的回答:不会,因为洛仑兹力方向总是与速度方向垂直,所以洛仑兹力对电荷不做功,电荷的动能不变,所以速度大小不变
这里还应强调由于洛仑兹力f=Bqv,当v的大小不变,f的大小也不会变.
提问(4):电荷在以后的运动过程中所受的洛仑兹力有什么特点,在这样的力的作用下电荷会做什么样的运动?
总结学生的回答:电荷在运动过程中洛仑兹力的大小恒定,方向时刻与电荷运动方向垂直,这个力与物体做匀速圆周运动的向心力所起的效果完全相同,因此带电粒子将在垂直磁场方向的某平面内做匀速圆周运动,如图2所示.
以上是通过理论分析得出的结论,下面用实验来验证一下.
2.演示带电粒子在磁场中的圆周运动
(1)介绍实验装置及实验原理,告诉学生实验中的匀强磁场是由两个平行的通电环形线圈产生的,改变环形电流的强度可以改变磁场的强弱.
(2)演示带电粒子在电场中被加速后的直线运动轨迹.
(3)演示当建立与速度方向垂直的磁场后,带电粒子做圆周运动的轨迹,引导学生注意观察带电粒子圆周运动所在的平面与磁场方向的关系.
(4)改变加速电场的电压,观察粒子圆周运动的半径发生什么样的变化;改变磁场的强弱,观察圆周运动的半径发生什么样的变化.
通过以上教学过程可以使学生得出结论:当带电粒子垂直于磁场方向运动时,在洛仑兹力的作用下,带电粒子将做匀速圆周运动.
下面根据演示中观察到圆半径会因某些因素变化而改变的现象,进一步讨论圆周运动的半径与周期.
3.圆周运动的半径与周期公式(这部分教学以学生自己推导为主)
(1)圆周运动的半径公式
首先让学生回忆当物体做匀速圆周运动时,向心力与物体速度、圆半径之间有关系式
然后引导学生思考:带电粒子在磁场中做圆周运动的向心力是谁提供的?其大小与什么有关?让学生自己推导得出:
老师总结:带电粒子做圆周运动的半径与磁感应强度B、粒子质量m、电量q及运动速率的大小有关;并对演示实验中半径变化原因做出解释.