第二节 洛伦兹力教学设计高中物理沪科版2020选择性必修第二册-沪科版2020

第二节洛伦兹力教学设计高中物理沪科版2020选择性必修第二册-沪科版2020科目Xx授课班级Xx年级授课教师Xx老师课时安排1授课题目Xx教学准备Xx课程基本信息：一、课程基本信息

课程名称：洛伦兹力（沪科版2020选择性必修第二册）

教学年级和班级：高二（3）班

授课时间：2024年10月15日

教学时数：1课时（45分钟）核心素养目标：教学难点与重点： 1.教学重点：洛伦兹力的定义、大小计算公式F=qvBsinθ及方向判定（左手定则）。例如，明确公式中sinθ的意义，强调当速度v与磁感应强度B垂直时洛伦兹力最大；左手定则的应用需结合课本图示，举例说明正电荷垂直进入磁场时的受力方向。

2.教学难点：洛伦兹力方向的三维空间判定及不做功的特性。例如，当v与B不垂直时，学生易混淆力的方向分解；通过课本实例分析洛伦兹力始终垂直于速度方向，故不做功，与电场力做功形成对比，强化理解。教学资源：-软硬件资源：阴极射线管、磁铁、导线、计算机、投影仪

-课程平台：学校LMS平台

-信息化资源：洛伦兹力模拟软件、教学动画

-教学手段：演示实验、小组讨论教学过程：五、教学过程

**（一）导入新课（5分钟）**

同学们，请大家回忆一下，我们在学习磁场对电流的作用时，知道安培力是磁场对通电导线的作用力。那么，当单个带电粒子进入磁场时，是否也会受到力的作用呢？请大家看这个现象（手持阴极射线管演示）：在没有外磁场时，电子束沿直线传播；当我们将磁铁靠近电子束时，电子束发生了偏转。这个现象说明什么？对，带电粒子在磁场中受到了力的作用！这个力就是今天我们要学习的洛伦兹力。

**（二）新课讲授（20分钟）**

1.**洛伦兹力的定义**

同学们，课本中明确指出：磁场对运动电荷的作用力叫作洛伦兹力。它与安培力的本质区别在于，安培力是磁场对通电导线中大量运动电荷的宏观表现，而洛伦兹力是单个运动电荷受到的微观作用。请大家思考：如果导线中不通电，即电荷不运动，会受到洛伦兹力吗？显然不会，因为洛伦兹力的产生有两个必要条件：电荷运动且处于磁场中。

2.**洛伦兹力的大小**

我们来推导洛伦兹力的大小公式。已知安培力F安=BIL，而电流I=Q/t，导线中自由电荷数为n，每个电荷的电量为q，定向移动速度为v，则F安=B(nqSv/t)L=BnqSvL/t。因为Sv/t是单位时间内通过导线截面的电荷数，即nSv/t=n'，所以F安=Bn'qvL。这段导线受到的安培力实际上是所有自由电荷受到的洛伦兹力的总和，即F安=nF洛，因此F洛=Bqv。但这个公式是在v与B垂直的情况下得出的。如果v与B不垂直，夹角为θ，洛伦兹力的大小应为F洛=qvBsinθ。请大家注意：θ是v与B方向的夹角，当θ=0°（平行）时，F洛=0；当θ=90°（垂直）时，F洛=qvB，最大。

3.**洛伦兹力的方向——左手定则**

洛伦兹力的方向同样可以用左手定则判断，但要注意与安培力的区别。请大家伸出左手：磁感线垂直穿入手心，四指指向正电荷的运动方向，拇指所指的方向就是洛伦兹力的方向。如果是负电荷（如电子），四指应指向其运动的反方向。例如，课本图3-2-3中，电子垂直进入磁场，四指指向左下方（电子向右下方运动），磁场垂直穿入纸面，拇指指向左上方，即电子受到的洛伦兹力方向为左上方。

**（三）实验探究（10分钟）**

现在，我们通过实验来验证洛伦兹力的方向。请大家观察阴极射线管实验：当电子束垂直进入磁场时，无论磁场方向如何改变，电子束的偏转方向始终符合左手定则。例如，磁场方向垂直穿出纸面时，电子束向下方偏转；磁场方向垂直穿入纸面时，电子束向上方偏转。这说明洛伦兹力的方向不仅与磁场方向有关，还与电荷的正负和运动方向有关。请大家思考：如果电子的运动方向与磁场方向平行，会发生什么现象？对，电子束不偏转，因为F洛=0。

**（四）难点突破（10分钟）**

1.**洛伦兹力的三维空间判定**

同学们，洛伦兹力的难点在于三维空间中的方向判定。例如，当v与B成任意角度θ时，我们可以将B分解为垂直于v的B⊥和平行于v的B∥，其中B⊥=Bsinθ，B∥=Bcosθ。洛伦兹力仅由B⊥决定，即F洛=qvB⊥=qvBsinθ，方向垂直于v和B∥决定的平面。大家可以用铅笔表示v，直尺表示B，用橡皮擦表示F洛，实际操作一下，加深理解。

2.**洛伦兹力不做功的特性**

另一个难点是洛伦兹力是否做功。根据功的定义W=Fscosα，洛伦兹力F洛的方向始终与速度v的方向垂直，即α=90°，所以cosα=0，W=0。这意味着洛伦兹力只改变带电粒子的运动方向，不改变其速率和动能。例如，课本中提到的带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，速率不变，动能不变。这与电场力做功改变动能形成鲜明对比。

**（五）巩固练习（5分钟）**

现在，请大家完成课本P78例题1：一个电子以v=1.0×10^7m/s的速度垂直进入B=1.0×10^-4T的匀强磁场，求电子受到的洛伦兹力大小。已知电子电量e=1.6×10^-19C，代入公式F洛=qvB，计算得F洛=1.6×10^-16N。方向用左手定则判断：四指指向v方向，磁场穿入手心，拇指指向垂直于v和纸面向外的方向。

**（六）总结作业（5分钟）**

同学们，今天我们学习了洛伦兹力的定义、大小（F洛=qvBsinθ）、方向（左手定则）以及不做功的特性。请大家课后完成课本P79练习题1-3，并预习下一节“带电粒子在匀强磁场中的运动”。下节课我们将重点分析洛伦兹力在圆周运动中的应用，请大家提前思考：为什么带电粒子在匀强磁场中会做圆周运动？圆周运动的半径和周期与哪些因素有关？学生学习效果：1.**知识掌握层面**

学生能够准确复述洛伦兹力的定义，明确其与安培力的本质区别（微观与宏观）。通过公式推导过程，学生深刻理解F洛=qvBsinθ中各物理量的物理意义，尤其是sinθ的几何意义（v与B的夹角）。例如，当学生面对题目中“电子以30°角进入磁场”时，能迅速识别θ=30°并正确代入公式计算力的大小。对于方向判定，学生熟练掌握左手定则的应用，能独立判断正负电荷在不同磁场方向下的受力方向，如课本P78例题中电子垂直进入磁场时，能准确指出洛伦兹力方向垂直于纸面向外。

2.**实验探究能力**

学生通过阴极射线管实验，直观验证洛伦兹力的存在及方向规律。当改变磁场方向或电子束运动方向时，学生能根据实验现象总结规律：电子束偏转方向始终符合左手定则。例如，在磁场垂直穿入纸面的条件下，学生观察到电子束向上偏转，能结合左手定则解释为“四指指向电子运动反方向（向右），磁场穿入手心，拇指向上”。实验后，学生能清晰表述“平行时不受力，垂直时受力最大”的结论，深化对sinθ取值范围的理解。

3.**难点突破成效**

针对“三维空间判定”难点，学生通过空间模型操作（铅笔代表v，直尺代表B，橡皮擦代表F洛），掌握洛伦兹力方向始终垂直于v与B构成的平面。例如，当v沿x轴、B沿y轴时，学生能判断F洛沿z轴方向。对于“不做功特性”，学生通过功的公式W=FScosα分析，结合洛伦兹力始终垂直于速度的特点，得出W=0的结论。在匀强磁场中做圆周运动的实例中，学生能解释洛伦兹力仅改变速度方向而不改变速率，动能守恒。

4.**科学思维发展**

学生建立“微观电荷受力”与“宏观安培力”的联系，通过安培力公式推导洛伦兹力公式，体会从宏观到微观的科学方法。在分析带电粒子轨迹时，学生能构建“洛伦兹力提供向心力”的物理模型，推导半径公式r=mv/(qB)和周期公式T=2πm/(qB)，为后续学习粒子加速器奠定基础。例如，在解决“不同比荷粒子在相同磁场中运动”问题时，学生能运用周期与速度无关的特性，快速判断粒子运动周期相同。

5.**应用迁移能力**

学生将洛伦兹力知识应用于实际问题，如电视机显像管中电子束偏转原理、质谱仪中粒子分离机制。在课本P79练习题中，学生能计算电子在磁场中的轨道半径，并解释“为何磁场能约束带电粒子”。通过对比电场力（做功改变动能）与洛伦兹力（方向不做功），学生深化对“力与运动关系”的理解，形成系统化的知识网络。

6.**学习习惯养成**

学生通过小组讨论实验方案、推导公式、分析例题，提升合作交流能力。在巩固练习环节，学生能规范书写解题步骤，如“先判断θ→再计算F→最后定方向”，养成严谨的科学态度。课后预习时，学生主动提出“圆周运动半径与哪些因素相关”等问题，体现主动探究意识。教学评价与反馈：七、教学评价与反馈

1.课堂表现：学生能准确复述洛伦兹力的定义，熟练应用左手定则判断电荷在磁场中的受力方向，尤其在垂直进入磁场时方向判断正确率达90%；对公式F=qvBsinθ中sinθ的物理意义理解清晰，能结合课本P77图3-2-2说明θ为v与B的夹角。

2.小组讨论成果展示：各小组通过阴极射线管实验，总结出“平行时不受力，垂直时受力最大”的规律，与课本P78结论一致；能举例说明电子束偏转方向与磁场方向、电荷正负的关系，如磁场垂直穿入纸面时，电子束向上偏转。

3.随堂测试：完成课本P79练习题1-3，85%学生能正确计算洛伦兹力大小，如例题1中电子垂直进入磁场时F=1.6×10⁻¹⁶N；70%学生能准确判断三维空间中洛伦兹力方向，如v沿x轴、B沿y轴时F沿z轴。

4.作业完成情况：课后预习课本P80“带电粒子在匀强磁场中的运动”，90%学生标注出“洛伦兹力提供向心力”的关键句，并提出“半径与哪些因素相关”的问题。

5.教师评价与反馈：针对三维方向判定难点，通过铅笔、直尺模型演示，学生空间想象能力提升；对sinθ=0时F=0的理解到位，但需加强非垂直情况下力的分解练习；实验操作规范，现象观察细致，为后续圆周运动学习奠定基础。教学反思与总结：八、教学反思与总结

教学反思：这节课通过阴极射线管实验直观引入洛伦兹力，学生参与度高，但三维空间方向的判定仍存在困难。左手定则的演示中，部分学生对负电荷方向判断易混淆，需强化“四指指向电流方向（正电荷运动方向）”的要点。公式推导环节，从安培力过渡到洛伦兹力的逻辑清晰，但非垂直情况下sinθ的几何意义讲解不够充分，导致部分学生难以理解θ的取值范围。实验操作时，小组讨论氛围活跃，但个别小组对磁场方向与电子束偏转的对应关系记录不够完整，需加强实验观察指导。

教学总结：学生普遍掌握了洛伦兹力的定义和垂直受力计算，左手定则应用正确率达85%，但三维空间判定能力仍需提升。通过例题分析，学生对洛伦兹力不做功的特性理解到位，能结合课本P79练习题解释圆周运动中的能量守恒。情感态度方面，学生对显像管、质谱仪等实际应用表现出浓厚兴趣，科学探究意识显著增强。改进措施：后续教学中增加动态模拟软件辅助空间方向演示，补充θ=30°等非垂直情景的专项训练；优化实验记录单设计，明确标注磁场方向与偏转轨迹的对应关系；在预习环节增设“洛伦兹力与电场力对比”的思考题，强化知识体系构建。内容逻辑关系：①**洛伦兹力的本质与安培力的联系**

重点知识点：安培力是洛伦兹力的宏观表现

关键词：微观电荷受力、F安=nF洛、课本P77结论

关键句："磁场对运动电荷的作用力叫作洛伦兹力"

②**洛伦兹力的大小与方向判定**

重点知识点：F=qvBsinθ、左手定则

关键词：垂直时最大、平行时为零、四指指向电流方向

关键句："洛伦兹力大小与电荷运动方向和磁场方向的夹角θ有关"

③**洛伦兹力的特性与运动规律**

重点知识点：不做功、提供向心力

关键词：改变方向不改变速率、圆周运动基础

关键句："洛伦兹力始终与速度方向垂直，故不做功"课后拓展：十、课后拓展

1.**拓展内容**

-阅读《物理选修3-1》P75“显像管工作原理”章节，分析电子束偏转中洛伦兹力的实际应用。

-观看《洛伦兹力与粒子加速器》科