1.2磁场对运动电荷的作用力 教学设计-2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

该高中物理教学设计聚焦“磁场对运动电荷的作用力”核心知识点，通过阴极射线管实验演示电子束在磁场中的偏转现象导入，衔接学生已掌握的安培力知识，从宏观电流受力推理微观运动电荷受力，构建洛伦兹力的认知支架。 此资料以科学思维为引领，通过“由安培力推想洛伦兹力”的推理过程培养学生从宏观到微观的研究方法，结合科学探究设计实验观察与验证环节，如用左手定则预测电子束偏转方向并检验。针对正负电荷左手定则应用难点，采用口诀配合图例演练，深化物理观念，助力学生构建结构化知识，提升教师课堂效率与难点突破效果。

教学设计 课程名称 磁场对运动电荷的作用力 教师姓名 授课时长 40分钟 知识点来源 学科：物理　　年级：高二　　教材版本：人教版（2019）选择性必修第二册 课题：第一章　安培力与洛伦兹力　第2节　磁场对运动电荷的作用力 知识点描述 洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的力叫作洛伦兹力。通电导线所受的安培力，是导线内大量定向移动的自由电荷所受洛伦兹力的宏观表现。 方向——左手定则：伸开左手，让磁感线从掌心进入，四指指向正电荷运动的方向（若为负电荷，四指指向其运动的反方向），拇指所指的方向就是洛伦兹力的方向。 大小：当电荷的运动方向与磁场方向垂直时；当与成角时；当时。 方向特点：洛伦兹力总是垂直于与决定的平面，即且，因此洛伦兹力永远不做功，只改变速度的方向，不改变速度的大小。 应用：显像管电视机中利用磁场使电子束偏转扫描；安德森在云室照片中发现正电子，其径迹正是洛伦兹力作用的结果。 教学目标（指向核心素养） 一、物理观念 1.知道洛伦兹力的概念，能说明安培力与洛伦兹力的宏观、微观联系，形成统一的相互作用观念。 2.理解的物理意义，知道洛伦兹力不做功这一重要特点及其与安培力的区别。 二、科学思维 1.经历“由安培力推想洛伦兹力”的推理过程，体会从宏观到微观的物理学研究方法。 2.能通过正、负电荷的对比分析，归纳出左手定则中四指指向的规律，发展比较与概括的能力。 三、科学探究 1.观察电子束在磁场中发生偏转的演示实验，能提出“运动电荷在磁场中是否受力、方向如何”的问题。 2.能依据左手定则预测带电粒子的偏转方向，并通过实验加以检验，如实记录观察结果。 四、科学态度与责任 1.通过安德森发现正电子的科学史实，体会实验观察在物理学发展中的关键作用。 2.在分析空间方向问题时养成画图推演、不凭主观想象的严谨态度。 教学重点 用左手定则判断洛伦兹力的方向；洛伦兹力大小的计算；洛伦兹力不做功。 教学难点 正、负电荷在左手定则中“四指指向”的区别；洛伦兹力与安培力的联系和区别；与成夹角时受力情况的分析。 适用对象 高二年级学生（人教版2019·选择性必修第二册） 课型 （注：可选择如下选项，也可以补充填写） √新授课　□复习课　□习题课　□实验课　□其他 教学用途 （注：可选择如下选项，也可以补充填写） √课堂教学　□课前预习　□课后复习　□其他 设计思路 教材与学情：学生已掌握安培力和左手定则，知道电流是电荷的定向移动，因此可以从安培力“下推”到洛伦兹力，难点在于负电荷四指指向的确定。 设计主线：观察电子束偏转→提出洛伦兹力→左手定则判断方向→讨论大小公式→辨析“不做功”这一特点，全程40分钟。 难点突破：用“正电荷四指顺其运动、负电荷四指逆其运动”的口诀配合典型图例反复演练，再用“电流方向与负电荷运动方向相反”解释两者的统一。 反馈矫正：设计“正电荷水平向右运动、磁场垂直纸面向里”等一组标准情境，先判断方向，再用右手坐标图检验。 教 学 过 程 环节 内 容 设计意图 一、导入新课 （约4分钟） 【情境引入】演示：把阴极射线管放在磁场中，开启电源后，电子束的径迹发生明显弯曲；撤去磁场，径迹又恢复为直线（图1.2-1）。 【设问】导线中的电流在磁场中受安培力，而电流是电荷的定向移动形成的。那么，单个运动电荷在磁场中是否也受力？这个力的方向如何判断？ 图1.2-1 电子束在磁场中受力偏转 由“电流受力”追问到“电荷受力”，用阴极射线管实验直接呈现单个运动电荷受力的证据，自然引出洛伦兹力。 二、新课教学（一） （约13分钟） 1.建立概念：运动电荷在磁场中受到的力叫作洛伦兹力；安培力是导线内所有定向移动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。 2.判断方向：伸开左手，让磁感线从掌心进入，四指指向正电荷运动的方向，拇指所指的方向就是洛伦兹力的方向（图1.2-2）。 图1.2-2 判断洛伦兹力的方向 3.负电荷的处理：若为负电荷，四指指向其运动的反方向。可用“负电荷的运动等效为反向电流”来理解。 4.方向特点：洛伦兹力总垂直于与决定的平面，即、；当时。 5.实验验证：把电子束的偏转方向与用左手定则判断的结果作比较（注意电子带负电），确认判断方法正确。 强调“负电荷四指反向”这一易错点，并把安培力与洛伦兹力放在同一条逻辑链上，帮助学生形成统一的知识结构。 三、新课教学（二） （约13分钟） 1. 垂直情形：当电荷的运动方向与磁场方向垂直时，其中为电荷量，为速率，为磁感应强度（图1.2-3）。 图1.2-3 v 与 B 垂直 2.一般情形：把分解为垂直于的分量和平行于的分量，平行分量不产生洛伦兹力，故。 3.平行情形：当时，，即电荷沿磁场方向运动时不受洛伦兹力。 4.重要特点：洛伦兹力总与速度垂直，所以它不做功，只改变速度的方向、不改变速度的大小；这与安培力可以对导线做功并不矛盾——安培力做功是由导线整体的机械运动引起的。 5.应用拓展：显像管电视机通过两组线圈产生的磁场使电子束在荧光屏上扫描成像（图1.2-4）。 图1.2-4 显像管原理示意图 用“分解速度”的方式推出一般公式，与上一节“分解”形成方法上的呼应；通过“为什么不做功”的追问，把矢量分解与功的概念联系起来。 四、巩固练习 （约6分钟） 1.方向判断：一个带正电的粒子以速度水平向右运动，磁场方向垂直纸面向里，判断粒子所受洛伦兹力的方向。 【答】正电荷的运动方向水平向右，磁场方向垂直纸面向里。由左手定则，让磁感线穿入掌心（掌心朝向读者），四指指向运动方向（向右），拇指指向竖直向上，故洛伦兹力的方向竖直向上。 2.负电荷辨析：若把上题中的正电荷换成等量的负电荷，速度方向不变，洛伦兹力的方向如何变化？ 【答】洛伦兹力的方向变为竖直向下。因为负电荷受到的洛伦兹力方向与等量正电荷的受力方向相反，也可把负电荷的运动等效为反方向的电流，再用左手定则判断。 3.大小计算：电荷量为 C 的电子以 m/s 的速率垂直射入 T 的匀强磁场，求它受到的洛伦兹力大小。 【答】电子垂直射入磁场，所受洛伦兹力 N = N。 4.特点辨析：有人说“洛伦兹力既然能改变粒子的运动状态，就一定能做功”。这句话对吗？请说明理由。 【答】不对。洛伦兹力始终垂直于速度方向，即 ，因此它在任何情况下都不做功，只改变速度的方向、不改变速度的大小，所以不会改变粒子的动能。 用“正负电荷对比”和“做功辨析”两个针对性问题，检验本节最容易出错的两处认识。 五、课堂小结与作业 （约4分钟） 1.知识主线：运动电荷受力→洛伦兹力→左手定则（正电荷四指顺其运动、负电荷四指反向）→→→洛伦兹力不做功。 2.方法提炼：判断方向时先看电荷的正负，再定四指的指向；凡涉及“不做功”的问题，都要回到“”这一几何特点。 3.作业布置：完成教材“练习与应用”1～4题。 以“一个概念、两个公式、一条结论（不做功）”小结本节，并与安培力对照，形成结构化认识。 课堂作业（典型题3道） 题1．在下图所示的各图中，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，并标出洛伦兹力的方向。 题2．（多选）如图所示，光滑的水平桌面放在方向竖直向下的匀强磁场中，桌面上平放着一根一端开口、内壁光滑的试管，试管底部有一带电小球．在水平拉力F作用下，试管向右匀速运动，带电小球能从试管口处飞出，关于带电小球及其在离开试管前的运动，下列说法中正确的是（  ） A．小球带正电 B．小球运动的轨迹是抛物线 C．洛伦兹力对小球做正功 D．维持试管匀速运动的拉力F应逐渐增大 题3．速度选择器的结构如图所示，电场强度E和磁感应强度B相互垂直，具有某一特定速度的粒子能够从左侧进入，并沿直线穿过速度选择器，下列关于速度选择器的说法中正确的是（　　）    A．粒子的带电量越大，直线穿越的速度越大 B．粒子的带电量越小，直线穿越的速度越大 C．速度选择器只能对正粒子才有速度选择功能 D．只要速度满足，粒子就能通过速度选择器 参考答案 题1．(1)qvB，方向与v垂直斜向上；(2)0.5qvB，方向垂直纸面向里；(3)不受洛伦兹力；(4)qvB，方向与v垂直斜向上 (1)因v⊥B，所以F=qvB方向与v垂直斜向上。(2)v与B夹角为30°，取v与B垂直分量，故F=qvBsin30°=0.5qvB方向垂直纸面向里。(3)由于v与B平行，所以不受洛伦兹力。(4)v与B垂直，故F=qvB方向与v垂直斜向上。归纳总结：在计算洛伦兹力的大小时，要注意v取与B垂直的分量。洛伦兹力的方向垂直于v与B所决定的平面。 题2．BD 设管子运动速度为 A．小球能从管口处飞出，说明小球受到指向管口洛伦兹力，根据左手定则判断，小球带负电，A错误；B．小球垂直于管子向右的分运动是匀速直线运动．小球沿管子方向受到洛伦兹力的分力q、、B均不变，不变，则小球沿管子做匀加速直线运动．与平抛运动类似，小球运动的轨迹是一条抛物线，B正确；C．洛伦兹力总是与速度垂直，不做功，C错误；D．设小球沿管子的分速度大小为，则小球受到垂直管子向左的洛伦兹力的分力,增大，则增大，而拉力则F逐渐增大，D正确。故选BD。 题3．D 带正电的粒子进入复合场后，受向下的电场力，向上的洛伦兹力，如果沿虚线路径通过，则合力为零，否则做曲线运动，根据解得如果是负电荷，洛伦兹力与电场力同时反向，同样可得该粒子的速度与质量和带电荷量无关。 故选D。 教学反思 1.负电荷的四指指向是本节的“高危易错点”，必须让学生自己动手比划，教师不能只讲不做。 2.“洛伦兹力不做功”与“安培力可以做功”看似矛盾，需用“导线整体在机械运动”来解释，否则学生会留下认识漏洞。 3.速度与磁场成夹角的情形可类比上一节磁场与电流成夹角，鼓励学生自主迁移，不必都由教师讲解。 8 学科网（北京）股份有限公司 $