运动电荷在磁场中受到的力教学设计

1、基本信息学科高中物理年级高二教学形式艇教师唐钟铃单位中江中学课题名称运动电荷在磁场中受到的力教学设计学情分析本节课是选修3-1模块的一节新授课，学好这部分知识，可以为带电粒子在 匀强磁场中的运动问题做好准备，特别为解决带电粒子在电磁场中运动的综合问 题做好必要的铺垫。这部分知识在初中和高一都未涉及，但在前面所学通电导线 在磁场中所受安培力作用的基础上类比可以得到洛伦兹力的大小和方向，同时利 用高一所学的力学方法和理论解决相关的应用问题，从而培养学生的分析能力、 思维能力、应用数学知识的能力及应用所学知识解决问题的综合能力。教学目标（一）知识与技能1 .经历实验探究洛伦兹力及其方向的过程，知道洛

2、伦兹力的方向与电荷的 运动方向和磁感应强度的方向都垂直，会用左手定则判断洛伦兹力的方向。2 .经历由安培力公式推导出洛伦兹力公式的过程，由此体会磁场中通电导 线所受的安培力实际上是运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。会计算洛伦兹力的 大小。3 .知道电视显像管的基本构造及工作的基本原理。（二）过程与方法1.通过复习安培力及其方向，电流的形成、方向与电荷运动方向的关系， 猜想洛伦兹力方向，再利用实验加以探究验证，使学生对安培力和洛伦兹力有统 一认识。2,通过复习安培力大小，电流微观表达式，理论推导洛伦兹力大小，让学生意识到安培力是洛伦兹力的宏观表现。3,通过思考讨论的方式认识洛伦兹力的作用效果。（三

3、）情感态度与价值观1.通过实验探究培养学生科学分析的习惯，即“假设推理一一实验验 证”。2,从安培力的角度研究洛伦兹力的方向、大小，使学生建立宏观、微观的 概念，感受物理规律的统一美。教学过程1 .导入欣赏美丽的极光图片，激发学习兴趣。同学们，我们首先一起来欣赏几幅美丽的图片。这几幅是在地球南北极拍摄 的极光图，要知道极光是如何形成的，我们一起来研究今天的内容。通过上一课的学习我们知道5与1不平行时通电导线在磁场中受到安培力的 作用提问：电流是如何产生的？师：磁场对电流有安培力作用，电流是由电荷的定向移动形成的，容易想到: 磁场对“运动电荷”有无力的作用？（让学生短时间思考猜测）2 .实验探究

4、运动电荷在磁场中是否受到力的作用师：介绍实验装置 感应圈 阴极射线管演示：不加磁场时，电子不受力，作直线运动，如图；拿一蹄形磁铁靠近玻 璃管，运动的电子处在磁场中，观察发生的现象，让蹄形磁铁的磁场反向，再观 察电子偏转方向。生：电子发生了偏转师：这说明了什么？生：磁场对运动的电子有力的作用师：磁场对运动电荷确实有力的作用。荷兰物理学家洛伦兹首先提出：运动 电荷能产生磁场；磁场对运动电荷有力的作用。物理学上把磁场对运动电荷的作 用力称为洛伦兹力.教师引导学生：认识一种新的力应研究它的三要素。我们首先一起来探究洛 伦兹力的方向3 .实验探究洛伦兹力的方向实验探究：让蹄形磁铁的磁场反向，观察电子偏转

5、方向，与用左手定则判断 的结果一致。总结洛伦兹力方向的判定方法一左手定则回忆安培力方向判断方法一左手定则内容，结论：等效电流方向与正电荷 运动方向相同，与负电荷运动方向相反，引导学生总结：洛伦兹力方向也可用左 手定则判断。磁感线垂直穿过左手心，四指指向正电荷运动的方向或负电荷运动 的反方向，拇指指向即为洛伦兹力方向。总结归纳：洛伦兹力方向可由左手定则判定。磁感线垂直穿过左手心，四指 指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向，那么拇指的指向就是洛伦兹力的 方向。洛伦兹力与安培力的关系：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。4 .理论探究洛伦兹力的大小如图，大量电荷定向移动形成

6、电流，把电流垂直放入磁场中，每一个运动电 荷都要受到洛伦兹力，这些洛伦兹力的集体（宏观）表现就是安培力。引导学生回答下列问题:（1）长为的导线所受的安培力：FFB1L（2）长为上的导线所含的粒子总数：AfS£（3）粒子的电荷量q与1的关系：I =nqsv（4）每个粒子所受的力:尸洛=FjN=qvB师：当电荷的运动方向与磁场方向平行时，是否受洛伦兹力呢？生：不受，因为前节已证明当通电导体和磁场平行时，磁场对导体没有作用 力。总结：当电荷运动方向与磁场方向平行时，受到的洛仑兹力等于零；当电荷 运动方向与磁场方向垂直时，受到的洛仑兹力尸二“6。思考讨论：当电荷运动方向与磁场方向成6角时，受

7、到的洛伦兹力多大？（提 示：分解速度或磁感应强度）F=qvBsine8为5与P的夹角）讨论6与/垂直、不垂直时，洛伦兹力方向的特点。引导学生思考与讨论：洛伦兹力做功情况如何？洛伦兹力的作用效果？5、分析电视显像管的工作原理6.小结：（1）通过实验探究发现了运动电荷在磁场中受洛伦兹力的作用（5不平行于r 时）（2）通过实验探究总结出洛伦兹力的方向满足左手定则，体会到洛伦兹力与安 培力的内在关系。洛伦兹力不做功，不改变速度的大小，只改变速度的方向。（3）通过理论探究推导出尸 =qy6sin。（。为3与。的夹角）（4） 了解了电视显像管的构造及工作原理。板书设计3. 5运动电荷在磁场中受到的力1、洛

8、伦兹力：5与v不平行时，运动电荷在磁场中受到的力2、洛伦兹力的方向：左手定则四指指向等效电流的方向 洛伦兹力垂直于反。确定的平面/洛二03、洛伦兹力的大小Qq遥in J （。为5与v的夹角），与v垂直时，F=qvB 6与。平行时，F=0洛伦兹力的应用作业或预习自我评价一、要认真研究教材、遵循认知规律本节课是一堂新授课，重难点是研究洛伦兹力的方向、大小及做功情况。从 力的三要素可以知道，研究一个力要研究其大小、方向及作用效果，课堂设计和 教学时应按这一线索来展开。如何较好地把握重点、突破难点呢？我觉得首先要 认真研究教材内容，毕竟教材中的每一句话都经过了编者的推敲与磨炼，每一个 实验或活动都经过

9、了编者的反复思考。在进行课堂设计时，通过研读教材，反复 思考体会到书本知识编排的奥妙，在此基础上多次修改最终确定教学流程。如研 究一个力要研究它的三要素；如在研究洛伦兹力的方向和大小时，先研究特殊情 况（B与I，垂直、8与口平行），再研究一般情况。对于书上在讨论洛伦兹力大 小后再研究做功问题开始有些费解：做功不是应该在讨论了洛伦兹力方向后就讨 论吗？后来反复研读终于理解了：教材中先研究洛伦兹力的方向时只分析了8 与y垂直时的情况，讨论了洛伦兹力在一般情况下大小的表达式尸=g用sin。后 就可以分析8与口不垂直的一般情况下，洛伦兹力方向与8、方向间的关系， 进而研究做功问题就全面、严谨，并顺理成

10、章了。另外从知识研究顺序的角度考 虑：先定性研究洛伦兹力的方向，再定量研究洛伦兹力的大小，最后研究做功情 况也合乎由易到难的一般顺序，符合学生的认知规律。再如：教材中设计了让学 生自主推导洛伦兹力的公式，我依据教材设计要求对讨论的小问题作了如下微 调：（1）求通电导线所受的安培力；（2）求这段导线内的自由电荷数；（3） 求电流强度/的微观表达式；（4）求每个电荷所受的洛伦兹力。这样微调的目 的是因为在讨论了安培力与洛伦兹力的关系（安培力实际上是运动电荷所受洛伦 兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观本质）后，再讨论洛伦兹力的大小的 表达式，思路自然而然就是求每个粒子受到的力即洛伦兹力，从课堂上

11、学生的反 应也证实了这样微调的效果是良好的。二、要注重课堂引入、设疑培养能力一年之计在于春，一堂课的开始即引课也同样至关重要。要在上课之初引发 学生求知的欲望与兴趣，点燃学生探究与学习的动力。理科老师一般只关注知识 的严谨、科学及实验设计的精巧，而在引入、过渡方面不会充分的思考，本人在 设计本节课时首先考虑知识的承上启下即如何适当的引入，既要激趣诱思乂要考 虑知识的衔接。所以我利用多媒体技术播放极光现象，同时回顾上一节内容（通 电导线在8不平行于/时受安培力的作用）及电流的产生，让学生自然而然产生 “磁场对运动电荷有无力的作用？ ”的猜想，带着问题走入教学过程，从而有的 放矢，在教学中轻松解决

12、问题。此外，在教学过程中，通过提出问题、学生合作 中的动态生疑等方式，让学生在实践中解决问题、在思考中产生问题，从而获取 新知，锻炼思维能力。三、要重视实验及探究教学物理是一门实验科学，所以实验在物理教学中占有重要的地位。这就要求教 师要具有较强的实验能力与创新精神，但也要考虑实验条件，充分挖掘现有的器 材。本节课中的阴极射线管是一个传统器材，本人深入实验室后发现了 “新大陆” 硫酸铜的旋转，将其搬进课堂后起到了良好的效果，让学生深刻认识到洛伦 兹力的客观存在。在突破洛伦兹力的方向这一教学难点时再次利用阴极射线管实 际画出磁场方向，电子速度方向，洛伦兹力的方向从而加深对左手定则的理解与 记忆。

13、另外利用好实验可以让一些难于理解的物理问题轻易得到解决，在最后一 个思考与讨论中讨论如何使显像管中的电子实现由上到下移动时，再次利用阴极 射线管成功演示，从而为学生更好地理解洛伦兹力的应用扫清了障碍。四、要关注情感态度与价值观的培养物理学史在物理教学中具有很重要的作用，恰当地运用物理学史不但可以激 发学生学习物理的兴趣，还能培养他们的物理学科素养，甚至对他们的情感态度 与价值观起到积极的引导作用。例如在得出洛伦兹力的概念之后，我适时地问学 生，你们知道爱因斯坦对洛伦兹有何评价？当我告诉大家爱因斯坦对他的评价是 “洛伦兹是我们这个时代最伟大、最高尚的人”，而且洛伦兹在1902年获得“诺 贝尔物理

14、学奖”，荷兰还把他的生日“7月18日”确定为“洛伦兹节”之后， 从学生的表情中可以看出：学生对洛伦兹充满了崇敬之情、学生对科学研究产生 了浓厚的兴趣，同时也使学生对物理研究问题的一般方法“假设一推理实 验验证”有了更深刻的印象。五、教学是一门遗憾的艺术教学中总是充满着让人遗憾的地方，在本节课中，以下几个方面我觉得还 需要优化及改进：（1）关于洛伦兹力方向的判定、8与I，方向之间的关系对洛伦兹力方向及大 小的影响的教学反馈还不够充分，三维目标的全面落实还需要在实例或思考题中 予以巩固和加强；（2）在调动学生学习的主动性方面，对学生的合作学习、参与实验探究、分 析展示等环节的设计还有欠缺，感觉课堂

15、上还不够流畅；（3）在提问问题的设计上觉得还不够精巧，如“电流是如何产生的？ ”这一 问题的提出在过渡上还不够自然，“这说明了什么？ ”这一问题跨度较大，指向 性不明；（4）在物理情境的设置上还要下功夫，如“洛伦兹力做功情况如何？ ”“洛 伦兹力的作用效果是什么？ ”等问题的分析可以通过设置实例或应用的情境，让 学生在具体的现象、问题分析中来解决问题。组长评议或同行评议（可选多人）：本节课是选修3-1模块的一节新授课，学好这部分知识，可以为带电粒子在 匀强磁场中的运动问题做好准备，特别为解决带电粒子在电磁场中运动的综合问 题做好必要的铺垫。这部分知识在初中和高一都未涉及，但在前面所学通电导线

16、在磁场中所受安培力作用的基础上类比可以得到洛伦兹力的大小和方向，同时利 用高一所学的力学方法和理论解决相关的应用问题，从而培养学生的分析能力、 思维能力、应用数学知识的能力及应用所学知识解决问题的综合能力。王荣飞老 师的这一堂新授课我觉得有以下优点：一、遵循课标，目标达成度高教学中，该老师注重将“知识与技能”、“过程与方法”、“情感态度与价值观” 有机地融合在一起，较好地体现了新课程所追求的价值目标。如在得出洛伦兹力 的大小时，首先给学生建立一个模型：安培力是洛伦兹力的宏观体现。然后再根 据相应规律由学生自主得出洛伦兹力的计算公式。这样的教学，关注了学生获取 知识的过程，提高了学生的学习能力。

17、在研究洛伦兹力的方向时.,王老师带领学 生经历了科学猜想、逻辑思维、实验验证、归纳讨论的过程，使学生对物理概念、 规律的形成有了更深刻的认识。此外，课堂上所介绍的极光、显像管的工作原理 等使学生领略到自然界的奇妙与和谐，使学生体验到探究自然界奥秘的喜悦。二、激趣生疑，课堂引入精巧通过吸引学生眼球的几幅极光美景照片询问学生对极光知识的了解情况，并 告诉学生极光多发生在地球两极和中、高纬度地区上空，是由于来自太空的高能 粒子受到地磁场的作用形成的，从而很自然的引出本节课的教学内容。课堂引入和情景创设的方法有很多，我们可以根据不同的教学内容、学生实 际、客观条件、教师特点，选择不同的引入方法。但都遵

18、循一个宗旨，就是要让 学生轻松愉快地、充满浓厚兴趣地、带着强烈求知欲望去探索新知识，把被动的 “苦学”变成主动的乐学。我们可从多方式、多途径人手，引起学生有意注意， 激发求知欲，在不断的求索中增强教学效果，提高教学质量。从这节课来看，采 用了联系生活实例的方式，用自然奇观一一极光美景照片和如梦如幻的诗句导入 新课，激发了学生的学生兴趣，不仅可以使抽象的知识具体化，而且激发了学生 的求知欲，提供了思考问题的线索和依据。所以课上学生思维活跃，能紧跟老师 的问题，学得轻松愉快，乂有利于培养学生观察、分析和解决问题的能力，从而 达到加深理解、巩固、运用知识的目的。这种导入和创设情景的方法对于突出教 学重点突破教学难点效果更佳。三、结构合理，重点难点突出本节课从内容上来看分成这样几块内容（1）通过演示实验让