1.2 磁场对运动电荷的作用力 教学设计 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

《磁场对运动电荷的作用力》教学设计 教材分析 《磁场对运动电荷的作用力》这节内容在必修第三册磁场和本章第1节从宏观上介绍安培力的基础上，进一步在微观上介绍磁场与带电粒子之间的相互作用，同时为接下来学习第3节《带电粒子在匀强磁场中的运动》做铺垫，所以本节内容起着承上启下的作用。教材按照先定性地进行实验观察力的方向，后通过定量分析研究力的大小的顺序进行。通过阴极射线管这个实验创设情境，引导、激发学生的学习兴趣，得出洛伦兹力方向的判断方法；再通过建立物理模型，将问题进行分解，搭建台阶，引导学生推导洛伦兹力的公式。 教学目标 1．物理观念： 通过实验，认识洛伦兹力，进一步从场的观点认识运动与相互作用观。 2．科学思维： 通过实验现象，类比、迁移并归纳洛伦兹力方向的判断方法。 3．科学探究： 通过建立物理模型，经历由安培力公式推导出洛伦兹力公式的过程，体会模型建构与演绎推理的方法。 4．科学态度与责任： 通过实验、建模培养学生观察、分析和概括的能力。 教学重点 洛伦兹力的方向和大小 教学难点 洛伦兹力的大小的推导 课程标准的要求 通过实验，认识洛伦兹力。能判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小。 教具 多媒体课件、洛伦兹力演示器、学生电源、阴极射线管、高压感应圈、磁铁。 教学过程 教学内容 学生活动 设计意图 【新课导入】 实验——“会动的小船” 演示实验：通电后，小船会做在硫酸铜溶液中运动。 提出问题：通电后小船为什么会动起来？通过本节课的学习，同学们将找到答案。 提出问题： 通过上一节安培力的学习，我们知道磁场对通电导线有作用力，而电荷定向移动形成电流，那么磁场对运动电荷有作用力吗？下面我们来通过实验探究，磁场对运动电荷是否有力的作用。 【新课教学】 目标一：洛伦兹力的方向 教师：在一个抽成真空的玻璃管内，装有圆盘型阴极，圆柱形阳极，将两极分别与高压电压连接时，阴极灯丝加热释放电子，电子在电场的作用下通过挡板上扁平的狭缝，形成一个扁平的电子束，加速飞向阳极，轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光显示出电子束的径迹。这个装置叫做阴极射线管。下面我将阴极射线管的阴极放在同学们的左侧，通电，同学们观察到的电子束的径迹是什么样的？现在我用条形磁铁的N极靠近电子束，观察到了什么样的实验现象？如果用S极靠近呢？你可以得出什么结论？ 过度：荷兰物理学家洛伦兹在1895年首先提出了磁场对运动电荷有作用力，为了纪念他，我们把这个力称为洛伦兹力。洛伦兹力是研究某个运动电荷在磁场中受到的力，而导线中所有电荷定向移动所受洛伦兹力的合力，就是这段导线所受的安培力。也就是说安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观本质。那么请你猜想一下洛伦兹力与安培力有什么关系呢？ 提出问题：既然可以利用左手定则判断安培力的方向，安培力是洛伦兹力的宏观表现，能否利用左手定则判断洛伦兹力的方向呢？我们再一次观察刚才做的阴极射线管的实验，在表格中记录实验现象。 提出问题：将磁场方向、电子刚进入磁场时的速度方向、洛伦兹力方向画在同一个图中，请你验证能否用左手定则来判断洛伦兹力方向。 变式：若将电子改为正电荷，洛伦兹力方向如何？若电子向左运动呢？洛伦兹力方向与哪些因素有关？ 实验《会动的小船》大揭秘！介绍实验仪器，揭示小船转动起来的原因。 目标二：洛伦兹力的大小 过度：一段导线所受安培力等于这段导线内所有电荷定向移动所受洛伦兹力的合力，那么能否通过安培力的公式推导出洛伦兹力的公式呢？请同学们利用三分钟时间完成探究案目标二。 情境引入：导线中带电粒子定向运动形成电流。导线中电流方向与磁场方向垂直时，导线中电荷定向运动的方向也与磁场方向垂直。如图所示，匀强磁场的磁感应强度大小为B，设磁场中有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q（q>0）且定向运动的速率都是v 。 问题引领： 问题1：请你在图中画出通电导线受到的安培力方向及导线内自由电荷受到的洛伦兹力方向。 问题2：若这段导线内有N个自由电荷，那么这段导线受到安培力F安的大小与导线内每个定向移动的电荷所受洛伦兹力F洛的大小有什么关系？ 问题3：导线中的电流是多少？导线在磁场中所受安培力多大？ 问题4：长为L的导线中含有的自由电荷数为多少？每个自由电荷所受洛伦兹力多大？ 再给同学们三分钟时间小组进行交流，统一答案。 提出问题：F洛=qvB这个表达式有适用条件吗？ 当B与v不垂直时，洛伦兹力的方向和大小又如何进行判断和求解，下节课我们继续再来学习。 【课堂小结】 本节课你有什么收获？ 选择性必修二这本书的封皮非常的好看，你知道这是什么现象吗？ 实际上美丽的极光现象就与我们本节课讲的洛伦兹力有关，请同学们课下查阅资料，了解极光现象产生的原因。 学生观察实验现象。 回顾： 1. 安培力定义 2. 电流的形成 了解阴极射线管的结构及原理，观察实验现象并根据观察到实验现象得出结论。 学生提出猜想并说明猜想的依据。 再一次观察实验现象，记录观察到的实验现象，归纳洛伦兹力方向的判断方法。 学生画图并验证左手定则。 学生练习左手定则并分析得出洛伦兹力方向的决定因素。 了解实验仪器的结构及原理。 学生独立完成探究案目标二，推导洛伦兹力的大小。 学生小组交流。 学生思考并作答。 学生对本节课的内容进行梳理、归纳 创设实验情境，激发学生学习兴趣。 培养学生将所学知识进行联系的能力 培养学生观察实验并从观察到的实验现象中归纳、总结得出结论的能力。 培养学生的逻辑思维能力。 借助阴极射线管把带电粒子受力的微观模型进行外显，搭建思维台阶，建立宏观到微观的认识。 体现物理是以实验为基础的学科。培养学生科学研究的思维方法：分析推理——猜想——实验验证——得出结论。 通过转化研究对象，利用放大的思想再次将带电粒子受力的微观模型外显。 洛伦兹力表达式的推导是本节内容的难点，结合教材中的思考与讨论、根据学生的认识规律将复杂问题简单化，设置四个问题，搭建台阶，为学生提供解决问题的逻辑线索，降低解决问题的难度，培养学生的逻辑推理能力。 洛伦兹合作探究，培养学生的沟通交流能力及团队合作能力。 加强学生重视公式使用条件的意识。 培养学生总结归纳的能力。 了解极光现象的原理，培养学生将所学物理知识与生活实际建立联系的能力。 板书设计 第2节 磁场对运动电荷的作用力 一、洛伦兹力 1．定义 2．洛伦兹力与安培力的关系 3．方向 （1）判断——左手定则 掌心——磁感线垂直进入 四指——正电荷运动方向或者负电荷运动的反方向 拇指——洛伦兹力方向 （2） 决定因素 4．大小：F=qvB（B⊥v） 作业设计 1．完成学案习题案。 2．查阅极光现象资料，了解极光是怎么形成的。 教学反思 学科网（北京）股份有限公司第 1 页 共 5 页 学科网（北京）股份有限公司 $