1.2 磁场对运动电荷的作用力 教学设计（表格式）
文档属性
| 名称 | 1.2 磁场对运动电荷的作用力 教学设计（表格式） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.0MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-04-26 15:49:28 | ||
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文档简介
教学设计
课题 1.2 磁场对运动电荷的作用力
课型 新授课 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□
教学内容分析
本节是磁场的力学特征及其应用大单元下划分的第一个小单元内容，属于磁场力的特征（宏观）这一小单元，关系如下： 本节学习内容主要是洛伦兹力的基本规律，核心内容是洛伦兹力的方向判断以及洛伦兹力的大小计算。通过实验探究学习洛伦兹力的判断方法，进一步掌握 左手定则，利用电流和运动电荷之间的关系，推导出洛伦兹力的表达式。 实验结合理论探究洛伦兹力的方向，再由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式的过程是培养学生逻辑思维能力的好机会，一定要让全体学生都参与这一过程。根据单元主题任务依托课时核心任务，分设层次子任务，做到让不同层次的学生在讨论中都有比较深刻的感受。 在探究洛伦兹力大小时，先明确推导目的，其次建立推导的物理模型，再考虑推导目标，最后找到洛伦兹力表达式。教师根据学生的小组讨论进度适时进行点拨，让学生体会推导的思维线索。 电子束的磁偏转这部分内容体现了物理知识与科学技术的联系，教学中不必深究技术细节，重点是了解应用了哪种物理原理。
学习者分析
在前面的学习中，通过对安培力方向和大小的探究学习，学生基本掌握了磁场中运动与相互作用的研究方法。安培力与洛伦兹力分别是磁场对运动电荷作用力的宏观表现和微观表现，由于微观现象的分析对学生空间想象能力较高，学生理解有些困难，因此在教学过程中教师应该通过模型建构以及动画演示等将抽象问题具体化，构建具有现实意义的物理情景，从而激发学生的学习兴趣。 学生学习磁感应强度、电荷运动的方向的空间三维模型时，学生会认为磁感应强度的方向、运动电荷的方向和洛伦兹力的方向总是是两两垂直的。同时由于在习题和例题中大多数也是两两垂直的，加深了学生的刻板印象。这里应该防止学生在解决实际问题时以为三者一定是两两垂直的。可结合教材图 1.2-4 和图 1.2-5 强调洛伦兹力的方向一定与电荷的运动方向和磁感应强度的方向都垂直，但电荷的运动方向与磁感应强度的方向可以成任意角度。 同样的洛伦兹力表达式F＝qvB是在导线与磁场垂直的情况下导出的，这一公式仅适用于导线与场垂直的情况，学生总爱忽视这一条件，要加以强调。如果电荷的运动方向与磁场方向不垂直，应该怎么处理 这个问题由学生自解决。
学习目标确定
1.知道洛伦兹力的概念，知道洛伦兹力方向与运动电荷运动方向、磁感应强度方向之间的关系，建构运动与相互作用观。（物理观念） 2.会用左手定则判断洛伦兹力的方向；经历推导洛伦兹力表达式的过程，提高学生模型建构与演绎推理科学思维能力，进一步体会矢量分析方法应。（科学思维） 3.通过对安培力与洛伦兹力关系的猜测与探究，从微观上认识洛伦兹力的本质，提高学生透过现象看本质的科学探究能力。（科学探究） 4.通过洛伦兹力的实际应用如显像管、磁流体发电机等的应用，培养理论联系实际的科学态度。(科学态度与责任)
学习重点难点
学习重点： 洛伦兹力的计算；洛伦兹力的方向判断(左手定则)。 学习难点： 由安培力表达式推导出洛伦兹力的过程； 运动电荷在匀强磁场中所受洛伦兹力的计算。
学习活动设计
教师活动学生活动环节一：单元线索导入教师活动1 1.情境1.播放磁流体发电机动画视频。 A 、B间两极板的间距为 d,板间的磁场按匀强磁场处理，磁感应强度为 B，等离子体的速度v。 2.引入单元主题任务2：磁流体发电机的工作原理是什么？ 情景 2.阴极射线管实验 提出子任务1：磁场对阴极射线的 作用力是什么力？学生活动1 1.学生通过观看动画过程，思考其工作原理。学生思考教师提出的单元主题任务2，个人独立初步分析要解决的问题。 2.观察阴极射线管偏转实验，查阅资料 回答子任务1：洛伦兹力。 活动意图说明： 通过洛伦兹力的实应用创设问题情景，提出子任务，激发学生探索欲望，从而引出洛伦兹力的概念。通过对磁流体发电机工作原理的学习，掌握洛伦兹力的相关知识。环节二：探究洛伦兹力的方向教师活动2 1.引导设问：我们在探究一个力时需要探究它的哪些因素？ 引出核心任务如下： 核心任务1：那么怎样探究洛伦兹力的方向？ 将核心任务细如下，引发学生思考回答： 子任务2 ：洛伦兹力的方向与哪些因素有关？ 子任务3：探究洛伦兹力方向有什么方法？ 2.探究活动1：探究洛伦兹力的方向教师将橡皮泥和黄黑蓝三色箭头发学生，让学生记录阴极射线在磁场中偏转的实验过程。 在学生初步得出洛伦兹力的方向与电荷运动方向、磁感应强度 的方向后， 引入左手定则， 让学生使用左手定验证上面的实验过程。 学生活动2 1.（子任务1）学生自主查阅资料，完成子任务1：安培力 思考并回答引导提问：需要探究它的大小、方向、作用点（非主要因素）。 （核心任务1）小组讨论,对核心任务进行初步分析和解决。 （子任务2,3）小组讨论，思考设计实验 2.探究活动1：学生根据演示实验，结合安培力的学习过程，小组讨论交流归纳实验现象得出结论； 洛伦兹力的方向与电荷运动方向、磁感应强度方向有关(解决子任务2) ； 洛伦兹力的方向与电荷运动方向和磁感应强度方向形成的平面垂直。 3.学生根据左手定判断实验记录中洛伦兹力的方向，验证小组得出的结论是否正确，最终掌握左手定则。活动意图说明： 阴极射线管实验比较危险，为了保证教学过程安全，通过教师进行实验操作，学生根据实验过程归纳结论。培养学通过实践验证理论的质疑精神、严谨的科学态度。通过展示安培力与洛伦兹力的关系图，帮助学生进行物理模型，降低对学生空间想象能力的要求。环节三：洛伦兹的大小教师活动3 1.引入核心任务2：如计算洛伦兹力力的大小？将核心任务分解为子任务，引导学生分析问题： 子任务4.洛伦兹力的大小与哪些因素有关？ 子任务5.如何推导洛伦兹力的一般表达式？ 2.展示安培力与洛伦兹力的关系图， 让学生根据自己设计的方案推导洛伦兹力。 设有一段长为L，横截面积为S的直导线，单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，自由电荷定向移动的速率为v。这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场。求运动电荷所受洛伦兹力有多大？ 在学生小组合作推导洛伦兹力表达式过程中，走进小组观察各小组的学习情况。 问题再探：求解洛伦兹力的一般表 达式。展示一般情况下的洛伦兹力 模型，让学生以小组合作的学习方 式，根据前面的安培力一般表达式 的推导方法进行推导。 学生活动3 1.（子任务4）阅读教材，思考问题，得出结论与q、v、B有关。 2.（子任务5） 小组交流合作，共同推导： ①导线中的电流： I = nqSv ②安培力大小： ， 则有 ③导线内的自由电荷数：N = nLS ④单个电荷所受洛伦兹力： 联立上式可得： 小组交流讨论，回顾安培力一般表达式的得出过程，利用矢量运算法则，推导洛伦兹力的一般表示。 推导过程： B⊥＝Bsin θ B//＝Bcos θ，则 F//= 0，F⊥＝qvBsin θ 洛伦兹力的一般表达式： F＝qvBsin θ 活动意图说明： 让学生推导一般洛伦兹力的表达式，深化对洛伦兹力的认识，并让学生熟 练使用矢量分析方法分析物理问题。通过小组合作，组代表汇报的方式，掌握学生学习情况，也能让各小组对本组的结论进行完善。环节四：电子束的磁偏转教师活动4 展示显像管结构图，从图1.2-7中可以看出，没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O点。为使电子束偏转，由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场。学生思考并回答以下问题： 1. 要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上的A点，偏转磁场应该沿什么方向？ 2. 要使电子束打在B点，磁场应该沿什么方向？ 3. 要使电子束打在荧光屏上的位置由B点逐渐向A点移动，偏转磁场应该怎样变化？学生活动4 学生观察展示图片并思考，学生个人根据电子偏转方向判断其受力方向，然后利用左手定则去判断偏转线圈中的磁感应强度方向。小组讨论，总结回答问题。 回答问题，并做好总结，小组派代表展示交流。 活动意图说明： 体验左手定则判断洛伦兹力的方向，体会洛伦兹力在生活中的应用。环节五：磁流体发电机教师活动5 回归单元主题任务2，结合本节课内容再次思考：磁流体发电机的工作原理是什么？ 思考以下问题 子任务6：等离子体经过 A、B 极板间时受到哪些力？A、B 极板哪个是正极哪个是负极？ 若A、B两板相距为d，板间的磁场按匀强磁场处理，磁感应强度为B，等离子体以速度v沿垂直于B的方向射入磁场，这个发电机的电动势是多大？学生活动5 1.（单元主题任务2）思考问题并回答，磁流体发电机的工作原理是离子流经过两个电极板间时，在磁场受洛伦兹力作用产生偏转。 2.（子任务6） 小组合作，思考回答问题。 由左手定则可知B极板为正极板，A极板为负极板。 活动意图说明： 通过本节课学习，引导学生解决单元主题任务。既紧扣单元线索，又通 过磁流体发电机的学习进一步理解洛伦兹力，体会科学技术与生活的联系。
板书设计
作业与拓展学习设计
学业达标 1. 电子的速率v＝ m/s，沿着与磁场垂直的方向射入B＝0.10 T的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力多大？（3分钟） 2.试判断图1.2-10所示的带电粒子刚进入磁场时所受到的洛伦兹力的方向。(3分钟) 素养提升 3.在图1.2-11所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直。具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫作速度选择器。试证明带电粒子具有速度时，才能沿着图示虚线路径通过这个速度选择器。(预计5分钟) 拓展学习 5. 我们已经知道，垂直于匀强磁场磁感线的通电导线所受的安培力F＝ILB，由此，我们用来定义磁感应强度。同样，运动方向垂直于匀强磁场磁感线的带电粒子所受的洛伦兹力F＝qvB，由此也可以用洛伦兹力来定义磁感应强度，这样得到磁感应强度的定义式是怎样的？把这个定义式与电场强度的定义式进行对比，这两个定义式的差别在哪里？通过对这两个定义式的对比，你能获得哪些认识？请查阅资料，结合自己的理解写一篇微论文。（预计30分钟）
教学反思与改进
基于第一节课的学习和讲解，本节课的教学环节设置基本参考第一节课的教学环节。在课堂上采用小组合作学习方式，利于学生的发展。学生对于微观力的感受仅通过一节课的学习还并不深刻。需要教师在课后设置相应习题，同时布置对应拓展作业，让学生在解决问题的过程中深切理解洛伦兹力。此外，本节课的课后作业，首次布置了学生自主制作思维导图的任务，这有利于帮助学生梳理本节课内容，自主构建知识体系。
课题 1.2 磁场对运动电荷的作用力
课型 新授课 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□
教学内容分析
本节是磁场的力学特征及其应用大单元下划分的第一个小单元内容，属于磁场力的特征（宏观）这一小单元，关系如下： 本节学习内容主要是洛伦兹力的基本规律，核心内容是洛伦兹力的方向判断以及洛伦兹力的大小计算。通过实验探究学习洛伦兹力的判断方法，进一步掌握 左手定则，利用电流和运动电荷之间的关系，推导出洛伦兹力的表达式。 实验结合理论探究洛伦兹力的方向，再由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式的过程是培养学生逻辑思维能力的好机会，一定要让全体学生都参与这一过程。根据单元主题任务依托课时核心任务，分设层次子任务，做到让不同层次的学生在讨论中都有比较深刻的感受。 在探究洛伦兹力大小时，先明确推导目的，其次建立推导的物理模型，再考虑推导目标，最后找到洛伦兹力表达式。教师根据学生的小组讨论进度适时进行点拨，让学生体会推导的思维线索。 电子束的磁偏转这部分内容体现了物理知识与科学技术的联系，教学中不必深究技术细节，重点是了解应用了哪种物理原理。
学习者分析
在前面的学习中，通过对安培力方向和大小的探究学习，学生基本掌握了磁场中运动与相互作用的研究方法。安培力与洛伦兹力分别是磁场对运动电荷作用力的宏观表现和微观表现，由于微观现象的分析对学生空间想象能力较高，学生理解有些困难，因此在教学过程中教师应该通过模型建构以及动画演示等将抽象问题具体化，构建具有现实意义的物理情景，从而激发学生的学习兴趣。 学生学习磁感应强度、电荷运动的方向的空间三维模型时，学生会认为磁感应强度的方向、运动电荷的方向和洛伦兹力的方向总是是两两垂直的。同时由于在习题和例题中大多数也是两两垂直的，加深了学生的刻板印象。这里应该防止学生在解决实际问题时以为三者一定是两两垂直的。可结合教材图 1.2-4 和图 1.2-5 强调洛伦兹力的方向一定与电荷的运动方向和磁感应强度的方向都垂直，但电荷的运动方向与磁感应强度的方向可以成任意角度。 同样的洛伦兹力表达式F＝qvB是在导线与磁场垂直的情况下导出的，这一公式仅适用于导线与场垂直的情况，学生总爱忽视这一条件，要加以强调。如果电荷的运动方向与磁场方向不垂直，应该怎么处理 这个问题由学生自解决。
学习目标确定
1.知道洛伦兹力的概念，知道洛伦兹力方向与运动电荷运动方向、磁感应强度方向之间的关系，建构运动与相互作用观。（物理观念） 2.会用左手定则判断洛伦兹力的方向；经历推导洛伦兹力表达式的过程，提高学生模型建构与演绎推理科学思维能力，进一步体会矢量分析方法应。（科学思维） 3.通过对安培力与洛伦兹力关系的猜测与探究，从微观上认识洛伦兹力的本质，提高学生透过现象看本质的科学探究能力。（科学探究） 4.通过洛伦兹力的实际应用如显像管、磁流体发电机等的应用，培养理论联系实际的科学态度。(科学态度与责任)
学习重点难点
学习重点： 洛伦兹力的计算；洛伦兹力的方向判断(左手定则)。 学习难点： 由安培力表达式推导出洛伦兹力的过程； 运动电荷在匀强磁场中所受洛伦兹力的计算。
学习活动设计
教师活动学生活动环节一：单元线索导入教师活动1 1.情境1.播放磁流体发电机动画视频。 A 、B间两极板的间距为 d,板间的磁场按匀强磁场处理，磁感应强度为 B，等离子体的速度v。 2.引入单元主题任务2：磁流体发电机的工作原理是什么？ 情景 2.阴极射线管实验 提出子任务1：磁场对阴极射线的 作用力是什么力？学生活动1 1.学生通过观看动画过程，思考其工作原理。学生思考教师提出的单元主题任务2，个人独立初步分析要解决的问题。 2.观察阴极射线管偏转实验，查阅资料 回答子任务1：洛伦兹力。 活动意图说明： 通过洛伦兹力的实应用创设问题情景，提出子任务，激发学生探索欲望，从而引出洛伦兹力的概念。通过对磁流体发电机工作原理的学习，掌握洛伦兹力的相关知识。环节二：探究洛伦兹力的方向教师活动2 1.引导设问：我们在探究一个力时需要探究它的哪些因素？ 引出核心任务如下： 核心任务1：那么怎样探究洛伦兹力的方向？ 将核心任务细如下，引发学生思考回答： 子任务2 ：洛伦兹力的方向与哪些因素有关？ 子任务3：探究洛伦兹力方向有什么方法？ 2.探究活动1：探究洛伦兹力的方向教师将橡皮泥和黄黑蓝三色箭头发学生，让学生记录阴极射线在磁场中偏转的实验过程。 在学生初步得出洛伦兹力的方向与电荷运动方向、磁感应强度 的方向后， 引入左手定则， 让学生使用左手定验证上面的实验过程。 学生活动2 1.（子任务1）学生自主查阅资料，完成子任务1：安培力 思考并回答引导提问：需要探究它的大小、方向、作用点（非主要因素）。 （核心任务1）小组讨论,对核心任务进行初步分析和解决。 （子任务2,3）小组讨论，思考设计实验 2.探究活动1：学生根据演示实验，结合安培力的学习过程，小组讨论交流归纳实验现象得出结论； 洛伦兹力的方向与电荷运动方向、磁感应强度方向有关(解决子任务2) ； 洛伦兹力的方向与电荷运动方向和磁感应强度方向形成的平面垂直。 3.学生根据左手定判断实验记录中洛伦兹力的方向，验证小组得出的结论是否正确，最终掌握左手定则。活动意图说明： 阴极射线管实验比较危险，为了保证教学过程安全，通过教师进行实验操作，学生根据实验过程归纳结论。培养学通过实践验证理论的质疑精神、严谨的科学态度。通过展示安培力与洛伦兹力的关系图，帮助学生进行物理模型，降低对学生空间想象能力的要求。环节三：洛伦兹的大小教师活动3 1.引入核心任务2：如计算洛伦兹力力的大小？将核心任务分解为子任务，引导学生分析问题： 子任务4.洛伦兹力的大小与哪些因素有关？ 子任务5.如何推导洛伦兹力的一般表达式？ 2.展示安培力与洛伦兹力的关系图， 让学生根据自己设计的方案推导洛伦兹力。 设有一段长为L，横截面积为S的直导线，单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，自由电荷定向移动的速率为v。这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场。求运动电荷所受洛伦兹力有多大？ 在学生小组合作推导洛伦兹力表达式过程中，走进小组观察各小组的学习情况。 问题再探：求解洛伦兹力的一般表 达式。展示一般情况下的洛伦兹力 模型，让学生以小组合作的学习方 式，根据前面的安培力一般表达式 的推导方法进行推导。 学生活动3 1.（子任务4）阅读教材，思考问题，得出结论与q、v、B有关。 2.（子任务5） 小组交流合作，共同推导： ①导线中的电流： I = nqSv ②安培力大小： ， 则有 ③导线内的自由电荷数：N = nLS ④单个电荷所受洛伦兹力： 联立上式可得： 小组交流讨论，回顾安培力一般表达式的得出过程，利用矢量运算法则，推导洛伦兹力的一般表示。 推导过程： B⊥＝Bsin θ B//＝Bcos θ，则 F//= 0，F⊥＝qvBsin θ 洛伦兹力的一般表达式： F＝qvBsin θ 活动意图说明： 让学生推导一般洛伦兹力的表达式，深化对洛伦兹力的认识，并让学生熟 练使用矢量分析方法分析物理问题。通过小组合作，组代表汇报的方式，掌握学生学习情况，也能让各小组对本组的结论进行完善。环节四：电子束的磁偏转教师活动4 展示显像管结构图，从图1.2-7中可以看出，没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O点。为使电子束偏转，由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场。学生思考并回答以下问题： 1. 要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上的A点，偏转磁场应该沿什么方向？ 2. 要使电子束打在B点，磁场应该沿什么方向？ 3. 要使电子束打在荧光屏上的位置由B点逐渐向A点移动，偏转磁场应该怎样变化？学生活动4 学生观察展示图片并思考，学生个人根据电子偏转方向判断其受力方向，然后利用左手定则去判断偏转线圈中的磁感应强度方向。小组讨论，总结回答问题。 回答问题，并做好总结，小组派代表展示交流。 活动意图说明： 体验左手定则判断洛伦兹力的方向，体会洛伦兹力在生活中的应用。环节五：磁流体发电机教师活动5 回归单元主题任务2，结合本节课内容再次思考：磁流体发电机的工作原理是什么？ 思考以下问题 子任务6：等离子体经过 A、B 极板间时受到哪些力？A、B 极板哪个是正极哪个是负极？ 若A、B两板相距为d，板间的磁场按匀强磁场处理，磁感应强度为B，等离子体以速度v沿垂直于B的方向射入磁场，这个发电机的电动势是多大？学生活动5 1.（单元主题任务2）思考问题并回答，磁流体发电机的工作原理是离子流经过两个电极板间时，在磁场受洛伦兹力作用产生偏转。 2.（子任务6） 小组合作，思考回答问题。 由左手定则可知B极板为正极板，A极板为负极板。 活动意图说明： 通过本节课学习，引导学生解决单元主题任务。既紧扣单元线索，又通 过磁流体发电机的学习进一步理解洛伦兹力，体会科学技术与生活的联系。
板书设计
作业与拓展学习设计
学业达标 1. 电子的速率v＝ m/s，沿着与磁场垂直的方向射入B＝0.10 T的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力多大？（3分钟） 2.试判断图1.2-10所示的带电粒子刚进入磁场时所受到的洛伦兹力的方向。(3分钟) 素养提升 3.在图1.2-11所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直。具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫作速度选择器。试证明带电粒子具有速度时，才能沿着图示虚线路径通过这个速度选择器。(预计5分钟) 拓展学习 5. 我们已经知道，垂直于匀强磁场磁感线的通电导线所受的安培力F＝ILB，由此，我们用来定义磁感应强度。同样，运动方向垂直于匀强磁场磁感线的带电粒子所受的洛伦兹力F＝qvB，由此也可以用洛伦兹力来定义磁感应强度，这样得到磁感应强度的定义式是怎样的？把这个定义式与电场强度的定义式进行对比，这两个定义式的差别在哪里？通过对这两个定义式的对比，你能获得哪些认识？请查阅资料，结合自己的理解写一篇微论文。（预计30分钟）
教学反思与改进
基于第一节课的学习和讲解，本节课的教学环节设置基本参考第一节课的教学环节。在课堂上采用小组合作学习方式，利于学生的发展。学生对于微观力的感受仅通过一节课的学习还并不深刻。需要教师在课后设置相应习题，同时布置对应拓展作业，让学生在解决问题的过程中深切理解洛伦兹力。此外，本节课的课后作业，首次布置了学生自主制作思维导图的任务，这有利于帮助学生梳理本节课内容，自主构建知识体系。