“磁场对运动电荷的作用”教学案例
一、案例背景
洛伦兹力与重力、弹力及摩擦力相比是比较抽象的，理解上也有一定的难度。直接指出该力的产生原因再进行推导，最后由实验验证也完全可以。然而考虑到该力的抽象性，从已知的安培力产生的本质原因入手，来解决这个问题会使学生更容易接受洛伦兹力大小计算式（f=qvB）的推导体现了物理与数学两门学科密切的关系，善于利用数学工具解决物理问题是学好物理必不可少的前提条件之一。
二、教学设计
（一）教学目标
（1）知识与技能目标：能熟练用左手定则判断安培力的方向及知道洛伦兹力大小计算，并能够简单了解其在电子技术中的应用。
（2）过程与方法：通过实验演示、动画模拟，培养学生观察、分析、解决问题的能力。 （3）情感与价值观：以学习小组（动车组）为单位相互间进行讨论交流、亲身体验的探究过程中增强交流和团体合作精神并在得出结论时获得成就感，使其由“要我学习”向“我要学习”转变。
（二）内容分析
“磁场对运动电荷的作用”是人教版高中《物理》第二册（必加选）第15章“磁场”第四节的内容。它是在学完磁感应强度、安培力等知识的基础上，进一步研究通电导线在磁场中受安培力作用的原因，因此教材安排本课在安培力一节之后，深化学生对安培力进行本质上的理解，为以后电子技术的学习和应用打下良好的基础。
（三）学生分析
由于学生初次涉及磁场对运动电荷的作用，而且学生是在学完磁感应强度、安培力等知识的基础上，进一步研究通电导线在磁场中受安培力作用的原因，因此在处理本课的内容时，通过实验现象的观察，引导学生推理—猜想—理论推导（实验验证）的自主探究教学模式，同时结合多媒体课件，帮助学生理解。
（四）教学过程设计
1、复习提问，旧知再现
（1）电流的微观表达式是什么？
（2）安培里的公式及其应用条件是什么？ （3）左手定则内容是什么？
本节课需要用左手定则判断洛伦兹力的方向，课前必须强调并规范手的姿势，这样细节有利于培养学生严谨的科学品质及良好的学习习惯；复习电流微观表达式和安培力公式为洛伦兹力的理论推导作只是准备与铺垫。
2、引入新课
（1）录像情境：观看地磁场偏转太阳粒子的动画模拟（截自《宇宙与人》科教片），生 1 动的场景和天文知识极大激发学生的兴趣和求知欲望：地磁场为什么能够使太阳粒子发生偏转呢？
（2）实验情境：
a、实验装置介绍：电子射线管的构造，真空玻璃管的两极在高电压的作用下，会从阴极发射出来电子束，轰击到长条形的荧光屏激发出荧光，可以显示电子束运动径迹；电子感应圈可以将交流低电压转换成直流高电压。
b、实验过程：联好装置电路，接通电源观察实验现象（看到一条绿色的亮线），再慢慢将蹄形磁铁靠近电子束，如图所示，提醒学生注意观察有什么现象发生，这个现象又能说明什么问题？
结论：磁场对运动电荷有力的作用——引出新课
3、新课教学
（一）洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的作用力.通电导线在磁场中所受安培力是洛伦兹力的宏观表现.［过渡语］运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用，那么洛伦兹力的方向如何判断呢？ ［问题］如图
（1）判定安培力方向.（2）电流方向和电荷运动方向的关系.（3）F安的方向和洛伦兹力方向关系.（4）电荷运动方向、磁场方向、洛伦兹力方向的关系.［学生答］
（1）上图甲中安培力方向为垂直电流方向向上，乙图安培力方向为垂直电流方向向下.（2）电流方向和正电荷运动方向相同，和负电荷运动方向相反.（3）F安的方向和正电荷所受的洛伦兹力的方向相同，和负电荷所受的洛伦兹力的方向相反.（4）按学习小组（动车组）分析总结.
（二）洛伦兹力方向的判断——左手定则
伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，若四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所受的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向；若四指指向是电荷运动的反方向，那么拇指所指的正方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向.［出示练习题］及时巩固
试判断下图中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向.
2 ［问题］让同学们讨论一下带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力对带电粒子是否做功？说明理由.［教师引导学生分析得］
洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面即洛伦兹力垂直于速度方向，因此，洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，所以洛伦兹力对电荷不做功.
（三）洛伦兹力的大小（大胆猜想，理论验证）
力作为矢量，我们研究了方向，那么它的大小可能与哪些因素有关呢？能否用我们学过的知识加以验证？按学习小组（动车组）为单位相互间进行充分的讨论与交流，猜想可能的影响因素：f、B、V,设计模型，并推导证明：f=qvB,由学生在黑板上进行板演，亲身体验并获得成就感，进一步体会：“推理—猜想假设—设计模型—推导证明（实验验证）—得出规律结论”
进一步引导：洛伦兹力的表达式是否也有一定适用范围呢？学生讨论，教师总结：洛伦兹力的表达式是在安培力的公式的基础上推导得出，但它是一个普遍使用的式子，只要电荷运动方向和磁场方向垂直，在任何磁场中都适用。
典型练习：
一电荷Q在某一匀强磁场中沿垂直于磁场方向的圆周运动，判断下面几种说法是否正确，并说明理由.A.只要速度的大小相同，所受的洛伦兹力就相同
B.如果速度不变，把电荷Q改为-Q，洛伦兹力的方向将反向，但大小不变 C.如果速度不变，把B反向，洛伦兹力的方向将反向，但大小不变 教师分析：
A不正确.如果速度的方向变了，所受洛伦兹力的方向也会变.B正确.速度不变，即速度的大小和方向都不变，根据f=qvB可知洛伦兹力的大小不变；因为-Q受力方向和+Q受力方向相反，可见洛伦兹力的方向将反向.C正确.由于速度不变，故F的大小不变；根据左手定则可知，当B反向时，洛伦兹力的方向将反向.
4、小结
本节课我们主要学习了：
（1）洛伦兹力的定义即磁场对运动电荷的作用.（2）用左手定则判断洛伦兹力的方向.（3）在安培力的基础上推导洛伦兹力的计算公式.（4）洛伦兹力对运动电荷不做功.
三、教学反思
从教学实践来看较为成功，从导入新课开始就将学生的兴趣激发出来，通过阴极射线在磁场中偏转演示实验使学生对洛伦兹力有深刻认识，也很容易掌握左手定则。通过多媒体用课件模拟导体内部电子受力及运动情况，使学生感知导体内部微观情况，很容易理解安培力是洛伦兹力的宏观表现，以及其微观表达式的推导。但由于内容较多，课堂时间显得很紧，如果不顺畅可能就玩不成所设计内容。
