北京市第二十四中学教科版高中物理选修3-1教案：3.4 磁场对运动电荷的作用

教学设计
课题名称 磁场对运动电荷的作用——洛伦兹力
科目 物理 教学对象 高二四班 课时 1
设计者 刘冠麟
一、教材内容分析
本节为高中物理教科版选修3-1第三章第 ( http: / / www.21cnjy.com )四节内容。本节的内容是本章的核心知识也是本章的教学重点。在前面几节，学生分别学习了磁场、磁场强度及安培力，因此在知识层面，前几节课的内容是本节课新知识的一个铺垫；同时，本节课的知识也为第五节洛伦兹力的应用打下基础；不仅如此，带电粒子的运动也是高考中的一个至关重要的考点。因此，本节课内容是整个章节的重中之重。在教科版教材中，本节课由阴极射线在磁场中发生偏转的现象引出，从安培力的角度推导出洛伦兹力的表达式，并给出左手定则，最后推理出带电粒子在磁场中的运动特点及匀速圆周运动的半径和周期表达式。基本按照观察、发现、理论推导、分析推理的思路，以达到教学目的。
二、教学目标
[课标要求]通过实验掌握左手定则，并能熟练地用左手定则判断洛伦兹力的方向理解洛伦兹力是安培力的微观表现，并能由通电电流所受安培力推导出带电粒子受磁场作用的洛伦兹力，培养学生的推理、认知能力熟练地应用公式f=qvB进行洛伦兹力大小的计算知道带电粒子在匀强磁场中垂直于磁场运动的特点 [具体分析教学目标]（1）知识技能：1、知道带电粒子在磁场中运动时会受到磁场的作用，该作用即洛伦兹力。2、理解洛伦兹力是安培力的微观表现，并能通过电流所受安培力推导出带电粒子在磁场作用下受到的洛伦兹力。3、知道洛伦兹力的表达式及左手定则，能运用洛伦兹力表达式进行计算；掌握判断洛伦兹力方向的方法。4、理解带电粒子在匀强磁场中垂直于磁场运动的特点：粒子做匀速圆周运动、洛伦兹力不做功；并能根据洛伦兹力表达式及圆周运动的知识推导粒子圆周运动的半径及周期。（2）过程方法：1、利用对比实验，让学生看到磁场对运动的带电粒子有影响。 2、通过教师的提问、引导、推理和分析，让学生理解洛伦兹力是安培力的微观表现；理解带电粒子在磁场中的运动特点。（3）情感、态度、价值观： 1、利用控制变量法设计实验，让学生体会科学的研究方法；2、从安培力的角度研究洛伦兹力的大小和方向，使学生建立宏观、微观的概念，感受物理规律之美。
三、学情分析
学生在前面几节课已经学习过磁感应强度及安培力等知识，因此，学生具备一定的知识基础。但是由于有些学生基础较为薄弱，所以，在本节课之前需要进行一定的知识复习或预习，如电流的微观表达式、匀速圆周运动的特点等等。同时，高二学生对实验比较感兴趣，并且具有一定的逻辑推理能力，因此在本节课开始阶段采用了实验的方式引入，以激发学生的学习兴趣；在本节课的教学过程中，采用了推理、分析等手段，并为学生设置了阶梯式的问题作为引导，以达到教学目标。
四、教学过程
资源准备、教师活动、预计时间 学生活动、预计时间 设计意图
一、新课引入资源准备：离子涡旋实验预计时间：3分钟离子涡旋实验：向培养皿中倒入硫酸钠溶液和几滴蓝墨水。将培养皿在没有磁场的情况下接入电路，学生观察实验现象将培养皿放在磁铁上，再次接入电路，学生观察实验现象设置疑问：对比两次实验，是什么因素导致溶液的转动？ 观察实验现象：第一次实验时，溶液没有变化；第二次实验时溶液发生旋转 通过实验设置疑问，激发学生的学习兴趣；利用控制变量法设计实验，让学生体会科学的研究方法
二、洛伦兹力预计时间：20分钟洛伦兹力：运动的电荷在磁场中受到的力。（1）通过安培力推导洛伦兹力表达式复习安培力：有一个指向黑板向里的磁场，磁场强度为B，磁场中有一个长度为L的导体棒，导体棒中通入电流，大小为I。安培力的大小是多少？方向如何？电流的微观表达式是什么？3、式子中各物理量是什么？将电流的微观表达式带入安培力公式：4、表达式中nSL有什么含义？令，带入安培力表达式：就是自由电子所受的洛伦兹力。安培力的受力物体是什么？洛伦兹力的受力物体是什么？总结：洛伦兹力和安培力本质相同，洛伦兹力是安培力的微观表现。空间中速度为v，电荷量为q的运动电荷，在磁场B中所受的洛伦兹力为：导体棒和磁感线是什么关系？自由电子的速度与磁感线是什么关系？得出适用条件：v⊥B（2）洛伦兹力的方向左手定则：磁感线穿过掌心，四指方向指向电荷运动的方向，正电荷受力方向为大拇指方向；负电荷受力方向为大拇指反方向。1、电荷的受力方向与速度方向是什么关系？2、如果某一时刻速度方向变了呢？总结：运动电荷所受洛伦兹力方向时刻与速度方向垂直。练习：判断导线内部自由电子所受洛伦兹力的方向判断各电荷所受洛伦兹力的方向总结：当v//B时，电荷不受洛伦兹力 学生回答问题：F=BIL 方向向左2、电流的微观表达式：3、e—电子电量，V—电子运动的速度， S—导体横截面积，N—单位体积内电子数量4、nSL是导体棒内自由电子总数导体棒运动的电荷6、相互垂直7、相互垂直1、相互垂直2、依然垂直回答问题、练习判断洛伦兹力方向 引导学生从安培力推导出洛伦兹力的表达式；培养学生的推导能力。让学生理解安培力是洛伦兹力的宏观表现；培养学生对事物的认知能力。掌握洛伦兹力的受力方向。
三、带电粒子在磁场中的运动预计时间：15分钟（1）引导学生推理带电粒子在磁场中的运动情况：空间中有一个指向黑板向里的磁场，强度为B，有一个带正电q的电荷从A点射入，速度为V0。洛伦兹力是哪个方向？大小如何？ 如果洛伦兹力与速度相互垂直，那么洛伦兹力的作用是什么？改变速度的大小还是方向？电荷在运动的过程中，每时每刻，速度的大小都不变，而力的方向时刻垂直于速度并且大小保持不变，这是什么运动？4、洛伦兹力做功吗？总结：洛伦兹力时刻垂直于速度，只改变速度的方向；洛伦兹力不做功。（2）学生推导匀速圆周运动轨迹的半径和周期：总结：圆周运动的半径R与磁场强度B成反比，与粒子运动的速度成正比。（3）练习氕（）氘（）氚（），以同样的速度垂直射入同一匀强磁场中，他们做圆周运动的半径之比为？周期之比？不同的粒子在相同的磁场中做圆周运动的半径是不同的，根据这个原理我们就可以制作出为我所用的仪器，如原理类似的质谱仪。 回答问题：1、垂直于速度方向，大小F=Bvq2、只改变速度的方向，不改变速度的大小3、匀速圆周运动4、不做功推导半径和周期的表达式 让学生理解带电粒子只受洛伦兹力时所做的运动为匀速圆周运动让学生学会推导带电粒子做圆周运动的半径和周期；让学生学会运用洛伦兹力的表达式进行简单的计算；锻炼学生的推导计算能力
四、解释离子涡旋现象根据所学知识，学生依据提纲讨论解释离子涡旋的旋转方向：1、判断正负离子的所受电场力的方向2、判断正负离子的运动方向3、判断正负离子所受洛伦兹力方向，解释溶液旋转方向 学生讨论、解释
五、课堂小结
板书设计： 洛伦兹力 EMBED Equation.3 大小： 当v⊥B时： 当v//B时： 圆周运动半径：方向： 左手定则 周期：
课堂小结：洛伦兹力：运动的电荷在磁场中受到的力的作用大小： 当v⊥B时： 当v//B时： 方向： 左手定则 洛伦兹力与安培力本质相同，洛伦兹力是安培力的微观表现。垂直射入磁场、仅受洛伦兹力时，带电粒子在磁场中的运动：匀速圆周运动洛伦兹力的作用：只改变速度的方向；洛伦兹力不做功。圆周运动半径： 周期：
五、教学流程图
六、教学评价设计
七、教学反思
B
新课引入
（离子涡旋）
推导洛伦兹力的表达式
左手定则
带电粒子在磁场中的运动