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（2019）选择性必修第二册

该高中物理教学设计聚焦洛伦兹力，通过硫酸铜溶液电解实验导入，以三步操作（断电静放、通电不放物体、通电放入物体）引导学生观察花瓣运动猜物体，回顾安培力作支架，衔接磁场对电流作用到对运动电荷作用的知识脉络。 以核心素养为统领，物理观念上通过实验推理建立洛伦兹力的物质观与相互作用观，科学思维上借电流微观模型推导大小培养模型建构与推理能力，科学探究中用阴极射线管实验验证方向落实探究过程，科学态度上以磁偏转游戏联系老式显示器应用。实验导入新颖，问题链引导推导，助学生提升探究与应用能力，教师用之易把握重难点，增强教学实效。

《磁场对运动电荷的作用力》 【核心素养】 1、 物理观念 （一）物质观 通过实验和推理认识洛伦兹力，形成洛伦兹力概念的物质观 （二）相互作用观 认识磁场对运动电荷的作用 二、科学思维 1.通过实验猜测磁场对运动电荷有力的作用 2.结合安培力预测洛伦兹力满足左手定则 3.结合安培力和电流的微观模型，理解安培力和洛伦兹力的合分力关系 三、科学探究 经历洛伦兹力大小方向的探究过程，理解“提出问题-猜想假设-实验验证”的科学探究过程，提高探究能力。 四、科学态度和责任 通过对洛伦兹力在现实生活中应用的学习，增强自己将物理知识应用于生产生活实际的意识。  【教学重点】 1. 引导学生理解洛伦兹力与安培力的关系 2. 会用左手定则判断洛伦兹力的方向 【教学难点】                  由安培力大小的计算公式推出洛伦兹力大小的计算公式。 【教学用具】 阴极射线管、蹄形磁铁、高压电源、学生电源、电解硫酸铜溶液的装置、老式电脑显示器、矩形磁铁、PPT 【教学过程】 1、 新课引入 我们先来玩个有奖竞猜游戏，请大家通过以下实验猜我手中的物体是什么？ （介绍实验装置）：这是玻璃圆槽，内有硫酸铜溶液，两根碳棒，学生电源。 第一步：断开电源，放入物体，观察液面有什么现象？（液面静止，花瓣不动） 第二步：取出物体，接通电源，观察液面有什么现象？（液面静止，花瓣不动。） 这时的液体和断开电源时的液面有什么不同？（液体中有定向移动的铜离子和硫酸根离子） 第三步：重新放入物体，观察液面有什么现象？（花瓣运动了） 花瓣运动，说明什么？（说明液体受到了力的作用）请根据以上实验，猜猜看这个物体是什么？并请说明理论依据。 （学生回答） 2、 知识回顾 1. 安培力： 1 定义：磁场对电流的作用力 2 大小：F=BIL(B⊥I) 3 方向：左手定则 2. 电流是怎么形成的？电荷的定向移动形成电流。 从逻辑上容易得出：磁场会对运动电荷有力的作用。猜测对不对，需要用实验进行验证。 三、实验验证 下面我们用阴极射线管进行检验。 【阴极射线管的原理】： 在真空玻璃管中，放有一带有狭缝的挡板，板上涂有荧光物质，靠近正极端稍向中心轴倾。当两极加上高压时，从阴极发射出来电子，在两极间的高压作用下，加速穿过狭缝，形成一扁平电子束，轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，以此显示出电子束的运动轨迹。 【实验操作】 将蹄形磁铁加在运动电荷上，观察现象。说明什么？ 说明磁场对运动电荷有力的作用。 这个力早在1895年，由荷兰的物理学家洛伦兹提出并加以验证，物理学将这个力定义为洛伦兹力。 四、洛伦兹力 1.定义：磁场对运动电荷的作用力 2.命名：性质命名 认识了洛伦兹力，我们来揭晓谜底----放入的物体是磁铁。正是液体中的运动粒子受洛伦兹力的作用，所以推动液体运动。液体为什么逆时针运动，而不是顺时针运动？ 3. 方向： 洛伦兹力的方向会遵照什么规律？（左手定则） 为什么想到左手定则？你觉得洛伦兹力和安培力有何关系？ 一段电流垂直放在匀强磁场中，从微观看是一群定向移动的电荷处在磁场中。每个运动电荷都受到洛伦兹力。因为电荷集体运动形成电流，那它们集体受力的总和表现为电流的受力，即安培力。由此想到两者的方向应该满足相同的规律。 下面用实验检验。 【实验操作】 1. 给阴极射线管加垂直向里的磁场，用左手定则验证 2. 给阴极射线管加垂直向外的磁场，用左手定则验证 3. 用左手定则判断液体为什么逆时针运动。 【左手定则】 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；让磁感线从掌心进入，并使四指指向正（负）电荷运动的（反）方向，这时拇指所指的方向就是运动的电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。 4. 大小： 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。 如果一段电流中包含N个自由电荷，则电流受到的安培力和洛伦兹力有什么关系？ F安=f洛 按照这个关系，我们构建如下模型，就可以得到洛伦兹力的大小。 【建模】 设在一磁感强度为B的匀强磁场中，垂直磁场方向放入一段长为L,电流为I的通电直导线，横截面积为S，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个电荷的电量为q，定向移动的平均速率为v。请同学们推导每个电荷所受洛伦兹力的大小。 【思路点拨】： 1.长为L导线，电流为I，受到安培力多大？ 2.长为L导线有多少电荷通过导体某一截面？ 3.电流的微观表达式？ 4.每个电荷受力多大？ 五、洛伦兹力的应用 认识了洛伦兹力，知道磁场对运动电荷有力的作用，现在给你一块磁铁，你可以控制运动电荷吗？下面请同学试试。 【洛伦兹力小游戏】 屏幕上的点是从电子枪发射出来的电子，打在荧光屏上形成的。其原理和阴极射线管的一样。请你用磁铁控制电子，使其打中屏幕上的四个硬币。 通过刚才的游戏看到：一束电子束虽然只能使荧光屏上的一个点发光，但通过磁场使其偏转就可以使整个荧光屏发光。这种技术叫磁偏转。老式的电视和电脑显像管都应用了这种磁偏转原理。 六、板书设计 洛伦兹力 1. 定义：磁场对运动电荷的作用力 2. 命名：性质力 3. 方向：左手定则 4. 大小：f洛=Bqv(B⊥v) 七、教学反思： 本节课在物理核心素养的指导思想下，预设了“提出问题-合理猜想-实验验证-理论推导-得出结论-实际应用”的教学过程。在教学中圆满地完成了预定的教学设计。并很好地落实了物理核心素养的几个维度，现分析如下： 1. 通过“演示磁场使电解液中的花瓣运动的实验现象”，采用层层设疑引导学生认识“磁场对运动电荷有力的作用”这一“物质间的相互作用观”，从而建立正确的概念“洛伦兹力”。在这一过程中还培养了学生观察实验现象的能力，提炼现象进行猜想的能力，推理分析的能力。逐步培养学生物理思维的意识。 1. 在“推导洛伦兹力的大小”时，设计了几个问题，目的是降低学生推导时思维上的难度。在这个过程中，既帮助学生建立了一种宏观和微观的思想，又培养了学生的科学思维能力和数学应用的能力。 1. 最后的“应用磁铁控制电子打硬币的游戏”，一方面培养学生探究应用能力，另一方面帮助学生树立“物理和生活紧密联系，学习物理知识可以推动社会的发展”的“科学态度和责任”。 1. 本节课还有一些不足：要引导学生将立体图改画成平面图，以增加学生的解题的能力。 学科网（北京）股份有限公司 $