《运动电荷在磁场中受到的力》教学设计
【学情分析】
普通高中课程标准实验教科书物理选修3—1第三章第五节《运动电荷在磁场中受到的力》既是安培力知识的延续，又是下一节《带电粒子在匀强磁场中的运动》的铺垫。高二的学生已具有一定的观察能力和逻辑推理能力，对现象──猜想──理论推导──实验验证等科学研究方法有一定的基础，本节课通过实验创设各种问题情景、引导，激发学生学习的兴趣，促进学生思维。学生通过讨论，体验科学探究的方法和过程，对物理知识能有进一步的理解，从而把传授知识与能力的培养有机的结合在一起，让学生掌握分析研究物理的基本方法与技能，为日后的学习及进行其它问题探究奠定基础。
【教学目标】
1．知识与技能：
①知道什么是洛伦兹力，会判断洛伦兹力的方向；
②知道洛伦兹力大小的推导过程；
③会利用本节课学的知识简单解释电视显像管的工作原理。
2．过程与方法：
①通过对安培力微观本质的猜测，培养学生的联想和猜测能力；
②通过推导洛伦兹力的公式，培养学生的逻辑推理能力；
③通过演示实验，培养学生的观察能力。
3．情感态度与价值观：
培养学生的科学思维和研究方法，培养学生的观察、分析、推理能力。激发学生热爱学习的欲望。
【教学重点、难点】
重点：洛伦兹力方向的判断方法和洛伦兹力大小计算。
难点：洛伦兹力计算公式的推导过程。
【实验器材及教学媒体的选择与使用】
阴极射线管、蹄形磁铁、多媒体投影系统
【教学方法】
讲授法、实验法、讨论法。
【教学过程】
复习提问：
1、什么是安培力
2、安培力的大小和方向
一、探究：运动电荷在磁场中是否受到力的作用？
推理猜想：电荷的运动形成电流，电流在磁场中能受力，运动电荷也应该能受力
实验验证：
（1）阴极射线管介绍：灯丝加热放出电子，电子在加速电场的作用下高速运动形成的电子流。电子轰击到“7”字型长条的荧光屏上，激发荧光，显示电子束的运动轨迹。
（2）演示：
①在没有外磁场时，电子束沿直线运动
提问：电子束的直线运动说明了什么？
电子不受力的作用。
②将蹄形磁铁靠近电子射线管，发现电子束运动轨迹发生了偏转。
提问：电子束的偏转说明了什么？
电子受到力的作用。
（3）结论：磁场对运动电荷有力的作用，猜想成立。
磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力。之所以叫洛伦兹力是为了纪念荷兰物理学家洛伦兹。
引导学生得出洛伦兹力与安培力的关系：安培力是大量定向移动的电荷所受洛伦兹力的宏观表现，洛仑兹力是安培力的微观本质。
洛伦兹力既然是一个力，那我们应该研究它的什么呢？
方向、大小。
二、探究洛伦兹力的方向
1． 问题： 洛伦兹力方向如何判断？
2.根据洛仑兹力与安培力的关系，学生应该能猜想出：左手定则？
3.实验验证
再次观看演示实验，进一步观察电子束垂直进入磁场时的偏转，并改变磁场方向。在屏幕上作图表示，验证洛伦兹力的方向是否可以用左手定则判定。
设计思想：体现物理是以实验为基础的学科，科学实验是揭示自然规律的重要方法和手段。培养学生科学研究最基本的思维方法：分析推理──猜想──实验验证──得出结论。
引导学生总结洛伦兹力的方向的判断──左手定则的具体内容：
伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，让磁感线垂直穿入手心，若四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向，若四指指向是负电荷运动的反方向，那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。
洛仑兹力的特点：（1）F洛⊥vB平面 （2）洛仑兹力不做功
（强调：四指指向是负电荷运动的反方向）
三、洛伦兹力大小的探究
安培力是洛伦兹力的宏观表现，两者方向判断方法相同，大小是否也存在某种联系？能否通过电流受到的安培力导出运动电荷受到的洛伦兹力的大小呢？
点拨学生：建立物理模型，注意分析问题情景的关键点。
分组讨论
问题情景：设有一段横截面积为S的通电导线，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为q，定向移动的平均速率为v，取时间t内电荷经过的长度对应的导体为研究对象（先建立物理模型，课件中有模型图，再循序渐进有条理地推导，这一个过程可放手让学生完成，体现学习的自主性。）
1．算出q与电流I的关系？（I=nqvS）
2．在时间t内的通过截面的粒子数为多少？（N=nvSt）
3．导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中，导线受到的安培力有多大？（F安=BIL）
4．安培力可以看做是作用在每个运动电荷上的洛伦兹力的合力，则每个电荷所受的洛伦兹力多大？（F洛=qvB）
设计思想：这是本课的难点，结合教材中的思考与讨论、根据学生的认识规律将复杂问题简单化，设置四个小问题让学生依次去探究，这样就为学生提供解决问题的逻辑线索，降低解决问题的难度，锻炼学生的逻辑推理能力。在推理过程中，渗透宏观世界与微观世界的联系，以及解决物理问题的一种思想（通过设置一些中间量，最后将其消掉得出我们所需要的结论）。
（巡视学生推导情况并进行根据实际情况，进行个别指导点评学生的成果，并进一步引导学生分析结论）
提问：该公式F洛=qvB的适用条件是什么？（电荷的运动方向与磁场方向垂直）
当v∥B时，F洛=0（类比安培力，B∥L时F安=0）
当v与B方向成θ时，F洛=qvBsinθ
设计思想：将安培力和洛伦兹力的大小关系作比，既能自然地推导出洛伦兹力的大小，又能将洛伦兹力和安培力的处理方法有效统一，提高教学效率
[例题] 如图所示，匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的运动速度均为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。
四、洛伦兹力的实际应用
理论来自于实践，更要服务于实践。
电视显像管的工作原理
（1）构造：由电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等组成，介绍各部分的作用。
（2）原理：应用电子束磁偏转的道理。电视显像管应用了电子束在磁场中的偏转原理。电子束射向荧光屏就能发光，一束电子束只能使荧光屏上的一个点发光，而通过偏转线圈中磁场的作用电子就会偏转，就可以使整个荧光屏发光
【课堂小结】
（让学生去总结本节课的主要内容）
安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力微观表现。
洛伦兹力的方向：左手定则
洛伦兹力大小：电荷的运动方向与磁场方向垂直，F洛=qvB电荷的运动方向与磁场方向平行，F洛=0当v与B既不垂直，又不平行时，F洛=qvBsinθ
【课堂训练】
1、如图3所示，某一带电粒子垂直射入一个垂直纸面向外的匀强磁场，并经过P点，试判断带电粒子的电性。
2、带电量为＋q的粒子，在匀强磁场中运动，下面说法正确的是（
）
A、只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就相同
B、如果把＋q改为－q，且速度反向大小不变，则所受的洛伦兹力大小、方向均不变
C、只要带电粒子在磁场中运动，就一定受洛伦兹力作用
D、带电粒子受洛伦兹力小，则该磁场的磁感应强度小
3、如图甲所示,一个带正电荷的小球沿光滑水平绝缘的桌面向右运动.飞离桌子边缘A,最后落在地板上,设有磁场时其着地速度大小为v1；若撤去磁场,其余条件不变时,小球着地速度大小为v2,则（
）A.v1
B.v1>v2
C.v1＝v2
D.无法确定
4、如上图，一长直螺线管通有电流，一个电子以速度v沿着螺线管的轴线射入管内，则电子在管内的运动情况是( ） A、匀加速运动
B、匀减速运动 C、匀速直线运动
D、在螺线管内来回往复运动
【课外探究，发散思维】
让学生根据所本节所学的知识去探究生活和科技中还有哪些应用洛伦兹力的例子，课后进行交流。这样设计可以增强学生学习的兴趣，开阔学生的视野，使学生的思维得到发散。 【作业】课后“思考与讨论”、一张洛伦兹力自测卷 【教学反思】
1．教学各项目标基本完成。
2．现象——分析推理──猜想──实验验证──得出结论是科学研究最基本的思维方法，要给学生更多的思维空间，探究层次还可深入些。
3．课堂处理过程要注意关键位置的引导，还应更关注学生的个体差异。
4．在今后教学中多设置探究题目，让学生探究得出结论，培养学生自主学习的能力，提高教学效率。
