1.2磁场对运动电荷的作用力教学设计高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第二册

教学设计
课程基本信息
课题磁场对运动电荷的作用力
教学目标
1.通过对自然现象的分析和解释，学生能发现洛伦兹力的存在。

2.通过理论探究任务，学生能利用安培力研究洛伦兹力的存在、方向，能建立模型分析洛伦兹力的大小，能体会这种宏观与微观的联系。

3.通过实验探究任务，学生能经历实验探究过程和获得证据，能解释洛伦兹力的存在，能判断洛伦兹力的方向。

4.通过解决自然和生活问题，学生能巩固知识，能体验物理学自然美、逻辑美和实用的美。

教学内容
教学重点：
1.通过实验和理论探究，认识和应用左手定则判断洛伦兹力方向。

2.建立物理模型，理论推导洛伦兹力大小的表达式。

教学难点：
1.在较为复杂的实际情境下应用洛伦兹力知识解释现象和解决问题。

教学过程
（一）自然情境——引入新课
1.播放视频：美丽的极光
引起思考：在哪能看到这种美景？极光发生在地球两极的原因是什么？
2.任务：阅读资料，概括极光发生在地球南北两极的原因。

极光，是一种绚丽多彩的发光现象，其多发在地球南北两极附近地区的高空，在夜间呈现出灿烂美丽的光辉。

其发生是由于太阳带电粒子流（太阳风）进入地球磁场。

地球磁场迫使其中一部分带电粒子沿着磁感线集中到南北两极，当他们进入极地的高层大气时，与大气中的原子和分子碰撞并激发其产生光芒，形成极光。

（选自百度百科）
抓住极光发生在南北两极的关键因素：地球磁场、带电粒子。

引入课题：运动电荷在磁场中受到的力。

设计意图：
利用极光的自然美吸引学生的注意。

提供文字资料并提出问题帮助学生抓住研究问题的
核心关键，将实际问题抽象为物理问题，引入本课主题。

这个过程提供给学生关于运动电荷在磁场中受力的感性认识，同时能带动学生深入思考，产生疑惑，激发学习兴趣。

（二）磁场对运动电荷有力的作用
1.问题：之前学习过的内容，哪些知识可能对今天的研究会有帮助？
2.理论探究：
“通电导线”，的关键是“通电”。

电流是电荷的定向运动形成的。

宏观上磁场对电流有力的作用，微观上磁场对运动电荷也有力的作用。

3.任务：用实验验证磁场对运动电荷是否有力的作用。

介绍阴极射线管。

提供条形磁铁，邀请一些学生参与演示实验（让学生戴上绝缘手套，并强调操作安全）。

让其他学生观察不同学生的操作方式及实验现象。

根据学生的演示实验现象提问：磁场对运动电荷是否有力的作用？这种作用可能与什么因素有关？
4.介绍物理学家洛伦兹的贡献，运动电荷在磁场中受到的力叫做洛伦兹力。

设计意图：
让学生从已有的安培力的知识经验出发，找到电流（宏观）与运动电荷（微观）的联系，通过理论分析认识到运动电荷在磁场中受力的作用，为后续的理论探究提供思路。

通过阴极射线管实验，验证之前学生理论分析的结果——运动电荷在磁场中会受到力。

让学生参与到演示实验中，进一步激发学生的探究热情，让学生获得洛伦兹力真实的体验和探究的成就感。

不同学生的操作方式不同，获得不同的实验现象可以为后续研究洛伦兹力的方向提供感性认识材料。

（三）洛伦兹力的方向
1. 任务：如何利用条形磁铁，使阴极射线管中的电子向下偏转。

请学生通过实验验证自己的想法，并解释这样操作的原因。

2.归纳方法:左手定则。

再次明确安培力与洛伦兹的宏观与微观的关系，让学生注意研究对象是运动的电荷，所以四指指向正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向。

3.任务：利用左手定则解释实验中的现象。

（1）演示实验：条形磁铁磁极沿着电子束运动方向靠近电子束。

（磁感应强度方向与电子运动方向几乎平行）。

观察实验现象。

学生解释电子轨迹不偏转的原因。

从安培力的学习中寻找
理论依据。

归纳结论：v∥B时，电荷不受洛伦兹力。

（2）电荷运动方向与磁感应强度既不平行，也不垂直，分析洛伦兹力的方向。

归纳结论：安培力方向既与电流方向垂直又与磁场方向垂直，即垂直于电流和磁场所在的平面。

洛伦兹力不能改变速度大小，只能改变速度方向。

洛伦兹力不做功。

4.应用问题：1932年，美国物理学家安德森拍下了宇宙射线中一未知粒子通过强磁场时的径迹照片。

已知该粒子由上向下运动，磁场方向垂直纸面向里。

（1）这个粒子带何种电荷？
（2）这个粒子的径迹与电子的径迹十分相似，只是偏转方向相反。

你
认为这可能是一种怎样的粒子。

设计意图：
利用具体的实验任务驱动学生思考洛伦兹力的方向问题，在完成教学任务的同时能维持学生的探究兴趣，使学生能在真实实验情境中学习和思考。

利用演示实验仪器提供真实的情境，利用安培力方向特点分析洛伦兹力的方向特点，学生能体验通过实验和理论两种手段研究物理问题的过程。

不断提问促使学生能越来越清晰的认识安培力（宏观）与洛伦兹力（微观）的关系。

在应用知识的过程中，学生能体会洛伦兹力对物理学发展的重要作用。

（四）洛伦兹力的大小
1.问题：洛伦兹力的大小与什么因素有关？
任务：如何利用安培力的大小研究某一电荷受到的洛伦兹力大小？
学生建立理想模型,并推导洛伦兹力的表达式。

让推导思路清晰的同学展示推导过程。

2.归纳：v⊥B，F=qvB
v∥B，F=0
3.问题：靠近地球的带电粒子在地磁场中受
到洛伦兹力大小和方向是怎样的？
引导学生将实际问题抽象为物理模型和物
理问题。

利用运动的分解知识推导粒子速度
与磁感应强度夹角为θ时洛伦兹大小的表
达式。

利用运动分解的方法，解释极光只发生在地球南北两极附近地区的原因。

设计意图：
因此抓住宏观与微观相联系的线索，让学生先尝试自己建立理论探究洛伦兹力大小的物
理模型，完成推导过程，学生能获得较大的成就感。

利用极光这一实际问题，学生能利用运动分解的方法，推导洛伦兹力的表达式和解释自然现象，能体会物理与生活的联系。

（五）电子束的磁偏转
1.问题：如图所示，显像管中电子枪工作时可以发射电子，荧
光屏被电子束撞击的位置能够发光。

电子从电子枪射出时速度
指向荧光屏正中O点。

解释显像管控制电子束能撞击荧光屏不
同位置使整个荧光屏发光的原因。

设计意图：
电视机显像管的工作原理是洛伦兹力的一个技术应用。

以显像管为问题情境，促使学生运用已学的知识来解决实际的问题，一方面起到巩固知识、反馈教学的作用，另一方面也能让学生体会物理知识与生活的联系，激发学生学习兴趣和热情。

(六)课堂小结
本课所学知识、学习和认识新知识的研究方法，引导学生形成用物理模型解决生活问题的意识。