5.2 洛伦兹力 教学设计-2025-2026学年高二下学期物理沪科版选择性必修第二册

教学设计 课程基本信息 学科 物理 年级 高二 学期 秋季 课题 洛伦兹力 教学目标 1．物理观念：通过演示实验感知磁场对运动的电荷有力的作用，建立洛仑兹力的概念。 2．科学思维：通过从现象共性中提炼关键本质，培养学生总结归纳的能力。 3．科学探究：经历科学探究的的过程:通过已有知识合理猜想，培养学生的推理和猜测能力；通过演示实验，培养学生的观察能力；通过学生的分组实验，培养学生的归纳总结能力；通过理论探究洛仑兹力大小，培养学生逻辑思维能力。 4．科学态度与责任：让学生用所学知识分析磁铁对电视画面影响的原因，感悟洛仑兹力的实际应用价值，培养学生的实践意识，激发学生的物理学习兴趣；通过对实验仪器的合理应用，培养学生的科学素养和科学精神。 教学内容 【教材分析】 本节学习内容是一堂概念课，在安培力知识和电流知识的基础上，通过“推理假设、实验验证-得出结论”提出洛伦兹力的概念，并且探究洛伦兹力的方向，大小计算公式，以及洛伦兹力在电视机显像管中的应用分析。由于洛仑兹力是属于微观的力学范畴，概念抽象，而且又涉及三维空间，理解有一定难度，所以教学中要充分借助实验和已有知识来搭桥铺路。 本节内容也是后继“带电粒子在磁场中的运动”的基础课，所以洛仑兹力的大小 、方向是重点，其中利用F=qvB计算洛伦兹力大小是重点但不是难点，熟练掌握“左手定则”既是本节的重点也是难点。 本节内容也是理解“电磁感应中功能关系”的关键，因此理解“洛伦兹力是安培力的微观本质，安培力是洛伦兹力的宏观表现”是本节的一个重点本节的内容是磁场部分的基础，在前后两节中起到承上启下的作用。 【学情分析】 在此之前，学生已经学习了磁场对通电导线的作用力，可以运用左手定则判断出安培力的方向，知道通电导线平行于磁场时安培力为零，还会计算当通电导线与磁场垂直安培力的大小；在第二章恒定电流的学习中，学生已经知道电流时由电荷定向移动形成的，并且能找出电流大小与电荷定向移动的速度的关系；学生已经初步掌握了科学探究的方法。 【教学重点】 本节重点是洛伦兹力方向的判断方法和洛伦兹力大小计算。 【教学难点】 本节难点是安培力与洛伦兹力的关系和洛伦兹力计算公式的推导过程。 【教具】 蹄形磁铁、阴极射线管、高压线圈、电源接线板、洛伦兹力演示仪、多媒体等 【教学方法】 实验探究与理论探究相结合、问题式教学与学生自主学习相结合的探究式教学 教学过程 （一）情景导入 演示：接通电源，用磁铁靠近电视机偏转线圈，电视画面发生巨大的变化，甚至屏幕部分位置黑屏。 提出问题：“一块小小的磁铁凭借着什么而左右着整个电视画面？大家想不想知道这其中蕴含的原理？”从而引出本节课题。 设计思路：利用磁铁靠近电视引发的神奇现象，激发学生强烈的学习兴趣。同时体现物理与生活紧密联系 ，使学生切身体验“物理即生活”的科学内涵。 （二）洛伦兹力概念的提出 1.复习衔接，提出猜想 (1)判断通电导线所受安培力的方向 （2）安培力的大小计算公式：F=BILsinθ，（θ为B与L所成的夹角） （3）安培力是受力对象是谁？导线还是电流？（电流） 电流是什么？（电荷的定向移动形成电流） 由以上两点做出猜测：磁场对电流的作用力实质是磁场对运动电荷的作用力 2.用阴极射线管和磁铁验证假设 （1）介绍射线管的工作原理。 如图所示，玻璃管已经抽成真空。当左右两个电极按图示的极性连接到高压电源时，阴极会发射电子。电子在电场的加速作用下飞向阳极，电子经过狭缝后会形成以个扁平的电子束，电子本身不可见，当电子束掠射到荧光板上时显示出电子束的运动轨迹。 （2）引导各位同学设计验证试验。 用一个蹄形磁铁在电子束的路径上加磁场，观察磁场对电子束径迹的影响，从而判断运动的电子在磁场中是否受力（找学生回答）。 （3）验证假设，提出洛伦兹力的概念。 在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将蹄形磁铁靠近阴极射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。说明运动电荷在磁场中受到了力的作用。 3.介绍洛伦兹 运动电荷在磁场中会受到力的作用，最早由荷兰物理学家洛伦兹提出，洛伦兹一生致力于电子论的研究，1902年和他的学生赛曼共同获得诺贝尔物理学奖，他的研究成果对爱因斯坦产生了巨大影响，爱因斯坦称他为“我们时代最伟大、最高尚的人”，人们为了纪念这位伟大的物理学家，把运动电荷在磁场中受到的力命名为洛伦兹力（板书） 设计思想：体现物理是以实验为基础的学科，科学实验是揭示自然规律的重要方法和手段。培养学生科学研究最基本的思维方法：分析推理──猜想──实验验证──得出结论。 （三）探究安培力与了洛伦兹力的关系 过度语：上面的实验证实了洛伦兹力确实是存在的，那么通电导线在磁场中受到的安培力和运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力之间有怎样的关系？ 学生讨论总结得出：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。 过渡语：我们在前面已经学习了安培力方向和大小，今天我们又找到了安培力和洛伦兹力的关系。下面我们就利用前面所学的内容以及安培力和洛伦兹力的关系一起来探究洛伦兹力的方向与大小。 首先来探究洛伦兹力的方向（板书） （四）探究洛伦兹力的方向 提出假想：既然安培力和洛伦兹力本质上是同一种力，是否用判断安培力方向的方法来判断洛伦兹力的方向呢？ 请尝试判断图中洛伦兹力的方向 学生讨论总结得出：判断洛伦兹力的的方向可以用左手定则，只不过四指所指的方向由电流的方向变成了正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向。（把电荷的运动等效成电流） 1.实验验证 （1）先判断图中洛伦兹力的方向然后找学生用阴极管进行验证 （2）利用阴极射线管加以验证 （3）得出结论： 左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都和手掌在一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。 2.巩固训练 试判断下图中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向 设计思想：其一，通过习题巩固左手定则的使用方法；其二，四道小题的设计各有千秋，涉及正、负电荷洛伦兹力方向判断方法的不同，也涉及了B与 I垂直和不垂直以及平行的情况，最后一题体验洛伦兹力只是运动电荷的磁场力，静止电荷不受洛伦兹力；其三，四道的训练为下面洛伦兹力方向的特点做铺垫。 3.总结一下洛伦兹力方向的特点 （1）B与v可以垂直，可以不垂直。F总垂直于B与v所在的平面。如图所示： (2)洛伦兹力对运动的电荷不做功。 设计思想： 此教学环节通过重演物理学家探索自然规律的过程， 经历“已有知识—推理假设—实验验证—得出结论”科学探索的一般过程。体验科学探究的成就感，激发学习的兴趣，培养学生敢于探索、勤思考、会分析的优秀思维品质，培养学生的科学思维能力与严谨的科学态度。 过度语：追寻我们刚才探究洛伦兹力方向的科学探究方法，我们在来探究洛伦兹力的大小。 （五）探究洛伦兹力的大小 点拨学生： 建立物理模型，注意分析问题情景的关键点。 学生活动： 根据提示，自主推导公式，得出特殊情况下洛伦兹力的大小计算公式 设计思想：将安培力和洛伦兹力的大小关系作比，既能自然地推导出洛伦兹力的大小问题，又能将洛伦兹力和安培力的处理方法有效统一进而提高教学效率，同时能使学生再次体验学习的成就感和体会物理学科推理的魅力。 教师引导： 当磁场方向与电荷的运动方向既不平行也不垂直时，洛伦兹力怎么计算呢，进而得出一般情况下的洛伦兹力表达式 学生分析讨论，教师引导，通过分解B和分解v两种思路得出共同结论：F=qvBsinθ(θ=v与B的夹角） 师生共同讨论，θ=900时,v与B垂直；θ=00时，v与B平时,体会特殊与一般的关系。 设计思想：从特殊到一般，再由一般到特殊，这往往是物理规律的形成和完善所走过的一般路径，也是物理学科学习的特点。 （六）洛伦兹力的应用 （1）电视机显像管的工作原理 教师提出问题：电视机显像管中的电子只是细细的一束，为什么能使整个屏幕发光？ 并对其中的“思考与讨论”重点研读共同探讨教师对“扫描”这一概念简单说明。 提出问题：磁铁靠近偏转线圈，电视画面为什么发生变化甚至部分黑屏？ 学生思考回答。 （2）课外探究 ①探究1.从太阳射出的高能粒子为什么只会在南北极引生极光？ ②显像管显示器与液晶显示器工作原理的区别？ 设计思想：逐渐使学生体会“物理即生活”，提高建模能力。同时与教学引入环节形成呼应，使学生理解显像管显示器的工作原理，学会学以致用。课外探究题目的是培养学生利用做学知识解释生活现象，体验物理与前沿科技的紧密联系，激发学生探索欲望，培养学生崇尚科学的精神。 （七）小结 通过本节课的学习，我们知道了运动电荷在磁场中会受到洛伦兹力的作用，掌握了洛伦兹力方向的判断方法和大小的计算公式 经历了从宏观的安培力到微观洛伦兹力的科学探索过程，从宏观现象探索微观本质是学习物理的重要思想方法，也是重要的物理学科素养。同时希望同学们进一步体会生活即物理，物理即生活的科学内涵，学会在生活中观察物理现象、探索物理规律，并将所学物理知识应用于生活，服务于生活。 【课后记】 物理课堂到底要传递给学生什么？我认为一堂好课应该要传递三种境界：第一境界就是落实知能目标，让学生掌握知识，学会解题，完成学习任务；第二境界是开展多种学习方式，展现科学家的探究的过程，体验科学精神与科学思维的力量，使学生学会举一反三，学以致用；第三境界则是课后能留给学生一种思想、一种精神，而这种思想这种精神可能会使学生受益终身。 基于以上思想本节课遵循以下两条思路。 一是从宏观到微观的研究方法，由学生已学的安培力过渡到洛伦兹力的类比教学思路，基于安培力与洛伦兹力在本质上是同一种力，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这样一个大前提，让学生自主建构洛伦兹力这个概念，培养学生的迁移能力；二是循着洛伦兹力概念这个知识点展开的，从力的本质、到力的方向、力的大小、最后是力的应用，随知识的思维难度不断提高、逐层加深而展开的顺序。整节课体现了以实验为基础，以思维为中心，以过程为主线的教学特色，特别重视实验，学生分组阴极射线管实验，探究洛伦兹力的方向，找到适合洛伦兹力的左手定则；演示带电粒子垂直射入匀强磁场的洛伦兹力演示仪实验，应用洛伦兹力的知识探索匀速圆周运动的规律。注重物理的思维和方法的教学。借鉴由宏观的安培力到微观的洛伦兹力的研究方法，希望能激发学生深层的思考或思维；对洛仑兹力的大小推导，培养学生的建模能力和逻辑思维能力；把知识应用到生产、生活中，解释极光，达到学以致用的目的。 学科网（北京）股份有限公司 $