2. 洛伦兹力（表格式教学设计）物理沪科版选择性必修第二册

该高中物理教学设计聚焦“洛伦兹力”核心知识点，从已学的安培力切入，通过提问“磁场对运动电荷有作用力吗”引发思考，结合阴极射线管实验观察电子束在磁场中的偏转，建立宏观安培力与微观洛伦兹力的联系，明确洛伦兹力定义，搭建前后知识的学习支架。 资料特色在于实验探究与理论推导深度融合，通过阴极射线管实验（科学探究）让学生直观感知洛伦兹力存在，从安培力公式推导洛伦兹力公式（科学思维中的模型建构与科学推理），配合视频辅助理解抽象过程，例题与分层练习巩固方向判断和大小计算（物理观念）。助力学生提升空间想象与逻辑推理能力，为教师提供流程清晰、实例丰富的教学方案，便于高效开展教学。

第2节 洛伦兹力 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第2节 洛伦兹力 教学 目标 物理观念 通过观察阴极射线管中电子运动的轨迹,认识场物质的存在;通过分析电子在电场中的受力和运动情况,进一步认识相互作用；通过分析运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力,深化对磁场的物质性和磁场对运动电荷的作用力的认识。 科学思维 通过实验,归纳得出洛伦兹力的方向。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;经历一般情况下洛伦兹力表达式的得出过程,进一步体会矢量分析的方法。 科学探究 通过观察实验现象,获取信息,并能依据实验中获取的信息,对电子在电场中的偏转进行解释。 科学态度 与责任 了解阴极射线管的工作原理,体会物理知识对科学技术发展所起的作用。体会物理知识与科学技术的关系。 教学 重难点 1.知道什么是洛伦兹力，会用左手定则判断洛伦兹力的方向(重点)。 2.掌握洛伦兹力公式的推导过程，会计算洛伦兹力的大小(重点)。 3.学会分析带电体在洛伦兹力作用下的运动(难点)。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 教师：在上节课中已经学习了磁场对通电导线的安培力的大小和方向。通电导线中的电流是由带电粒子的定向移动形成的。那么,磁场对运动电荷有作用力吗?如果有,该如何研究呢? 学生思考问题。 新课讲授 一、磁场对运动电荷的作用 教师：（播放视频）介绍阴极射线管。提问：如何研究磁场对带电粒子的作用力? 学生：在电子加速时施加磁场。 教师：运动电荷在磁场中所受到的力称为洛伦兹力。 教师：进行演示实验:将阴极射线管的两个电极分别连接到高压电源两极。 (1)不加磁场,观察电子束的情况。 (2)在电子束的路径上施加磁场,观察电子束的变化。 学生：(1)不加磁场,电子束的径迹是一条直线。(2)施加磁场,电子束的径迹发生弯曲。 学生思考并回答问题。 观察实验现象并回答问题。 新课讲授 二、洛伦兹力的大小 教师：通电导体在磁场中受到的力称为安培力，通电导线中的电流是由带电粒子的定向移动形成的，同学们想一想，安培力与洛伦兹力之间是否存在某种联系呢? 学生：安培力是磁场对通电导线的作用力,洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力,而电流的微观实质就是电荷的定向移动。因此,通电导线在磁场中受到的安培力,实际是洛伦兹力的宏观表现。 教师：既然安培力是洛伦兹力的宏观表现，那么如何由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式？播放视频。 学生：如图所示，匀强磁场的磁感应强度为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均为q，且定向运动的速率都是v。 导线中的电流是I＝nqvS 导线在磁场中所受的安培力F安＝nqvSLB 导线中自由电荷数N＝nSL 则每个自由电荷受到的洛伦兹力F洛＝qvB 师生：归纳总结洛伦兹力的大小有关内容 (1)当v∥B，即θ＝0或180°时，F＝0； (2)当v⊥B，即θ＝90°时，F＝qvB； (3)当v与B成θ角时，F＝qvBsin θ。 学生思考并回答问题。 小组合作，推导洛伦兹力的表达式。 新课讲授 三、洛伦兹力的方向 教师：进行演示实验。用一个蹄形磁体在阴极射线管中电子束的路径上施加磁场。如图所示： 学生：观察电子束径迹的弯曲方向,并将结果记录在下面的表格中。 电子束运动方向 磁场方向 径迹弯曲方向 受力方向 → × 向下 ↓ → • 向上 ↑ → ↑ 向里 向里 → ↓ 向外 向外 教师：既然洛伦兹力与安培力存在一定关系，我们曾经用左手定则判断安培力的方向，洛伦兹力的方向能否同样用左手定则来判断呢？ 结合表格中的信息,请大家分析一下,该如何判断电子在运动过程中受到的洛伦兹力的方向? 学生：电子运动的方向与磁场方向,洛伦兹力的方向仍然是三维方向,猜想应该也满足左手定则。 教师：请大家伸出左手,看看是否满足左手定则。 学生：不满足。 教师：用左手定则判断安培力时,其中一个方向是电流的方向,这里判断电子的运动方向，与电流的方向有什么关系? 学生：电子定向移动的反方向是电流的方向。 教师：如果还用左手定则判断洛伦兹力的方向,该如何描述呢? 学生：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心垂直进入，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。如图所示： 教师：如果负电荷在磁场中运动，那么四指的方向必须和负电荷的运动方向相反，因为电流的方向规定为正电荷的运动方向。 师生：归纳总结洛伦兹力的方向有关内容 ①对于负电荷，四指指向电荷运动的反方向。 ②洛伦兹力的方向总是与电荷运动的方向和磁场方向垂直，即洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁场方向所决定的平面。 F、B、v三个量的方向关系是：F⊥B，F⊥v，但B与v不一定垂直，如图甲、乙所示。 ③洛伦兹力永不做功，它只改变电荷的运动方向，不改变电荷的速度大小。 【例题1】如图所示，各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均为v，带电荷量均为q。试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小，并指出洛伦兹力的方向。 答案　(1)qvB　垂直于v指向左上方 (2)qvB　垂直纸面向里 (3)qvB　垂直纸面向里 (4)qvB　垂直于v指向左上方 解析　(1)因v⊥B，所以F＝qvB，方向垂直于v指向左上方。 (2)v与B的夹角为30°，将v分解成垂直磁场的分量和平行磁场的分量，v⊥＝vsin 30°，F＝qvBsin 30°＝qvB，方向垂直纸面向里。 (3)因v⊥B，所以F＝qvB，由左手定则判断出洛伦兹力的方向垂直纸面向里。 (4)因v⊥B，所以F＝qvB，方向垂直于v指向左上方。 【例题2】如图 所示，一束粒子包含有质子（带正电）、电子（带负电）和光子（不带电）三种粒子。粒子束中的粒子沿水平向右的方向射入垂直纸面向里的匀强磁场中。试分析并描述粒子束进入匀强磁场后的偏转情况。 解析　粒子束内的光子不带电，不受磁场的任何影响。质子和电子带有电荷，会受洛伦兹力作用。粒子束内的光子不发生偏转保持原有速度匀速前进；粒子束内的质子带正电，由左手定则可知所受洛伦兹力向上，所以射入匀强磁场后质子束向上偏转；粒子束内的电子带负电，使用左手定则时，四指方向应与电子运动方向相反，可判定电子束进入匀强磁场后向下偏转。 学生思考并回答问题。 课 堂 练 习 1.(多选)一束混合粒子流从一发射源射出后，进入如图所示的磁场，分离为1、2、3三束粒子流，则下列选项正确的是(　　) A．1带正电 B．1带负电 C．2不带电 D．3带负电 答案　ACD 解析　根据左手定则，带正电的粒子向左偏，即粒子1带正电；不偏转说明不带电，即粒子2不带电；带负电的粒子向右偏，即粒子3带负电。 2.试判断下列图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向，其中垂直纸面向里的是(　　) 答案　D 解析　根据左手定则可以判断，选项A中的带电粒子所受的洛伦兹力方向向下；选项B中的带电粒子所受的洛伦兹力方向向上；选项C中的带电粒子所受的洛伦兹力方向垂直纸面向外；选项D中的带电粒子所受的洛伦兹力方向垂直纸面向里，D正确。 3.如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，带电粒子(电性已在图中标出)的速率为v，带电荷量为q，则关于带电粒子所受洛伦兹力的大小和方向说法正确的是(　　) A.图甲F洛＝qvB，方向与v垂直斜向下 B.图乙F洛＝qvB，方向与v垂直斜向上 C.图丙F洛＝qvB，方向垂直纸面向里 D.图丁F洛＝qvB，方向垂直纸面向里 答案　B 解析　图甲中根据左手定则可知洛伦兹力方向应该垂直运动方向斜向上，大小为F洛＝qvB，故A错误；图乙中为负电荷，根据左手定则可知其受力方向垂直于运动方向向左上方，大小为F洛＝qvB，故B正确；图丙中速度方向与磁场方向平行，不受洛伦兹力，故C错误；图丁中将速度分解为水平和竖直方向，则竖直分速度受洛伦兹力，大小为F洛＝Bqvcos 60°＝Bqv，方向垂直于纸面向里，故D错误。 4.如图所示，一个带电荷量为＋q的小带电体处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B，若小带电体的质量为m，重力加速度为g，为了使它对水平绝缘面正好无压力，应该(　　) A.使B的数值增大 B.使磁场以速率v＝向上移动 C.使磁场以速率v＝向右移动 D.使磁场以速率v＝向左移动 答案　D 解析　为使小带电体对绝缘面无压力，则应使它受到的洛伦兹力刚好与重力平衡，磁场不动而只增大B，小带电体在磁场里不受洛伦兹力，故A错误；磁场向上移动相当于小带电体向下运动，受洛伦兹力向右，不能平衡重力，故B错误；磁场以速率v向右移动，等同于小带电体以速率v向左运动，此时洛伦兹力向下，也不能平衡重力，故C错误；磁场以速率v向左移动，等同于小带电体以速率v向右运动，此时洛伦兹力向上，由平衡条件可知，当qvB＝mg时，带电体对水平绝缘面无压力，此时v＝，故D正确。 课 堂 小 结 本节课的内容是在学习了通电导线受到的安培力后,从微观角度对通电导线受安培力的本质进行研究。因此,本节课涉及了物理学中非常重要的认识方式,即宏观与微观。通过理论推导得出洛伦兹力的表达式。与安培力的学习一样,涉及磁感应强度的方向与电荷运动方向互成角度时洛伦兹力的判断。 板 书 设 计 作业 布置 1.完成教材课后作业：“问题与思考”。 2.配套分层作业。 教学反思 在本节课中,主要是在学习了安培力方向的基础上,进一步学习洛伦兹力的方向。研究安培力的方向时,直接观察通电导线的运动就可以知道安培力的方向。但洛伦兹力是作用在微观带电粒子上的,对其方向的观察是比较困难的。为了使学生能够观察到电子的运动轨迹,做好阴极射线管的实验十分重要。由于电子带负电,在得出洛伦兹力的方向也可以利用左手定则来判断时,涉及了电荷的正负的讨论,由于所研究的问题比较抽象,学生在讨论过程中可能容易混乱。教学中应尽可能通过图示法展示受力关系,再引导学生得出应用左手定则进行判断的方法,从而培养学生的空间想象能力。涉及的理论推导过程,是提升学生模型建构、逻辑推理等能力的好素材。教学中,应给学生充分的时间思考并完成探究。为了降低学习难度,可以通过问题引导,指导学生完成推导过程。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $