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磁场对运动电荷作用力教学设计范例

一、教学目标

本节课程旨在引导学生深入理解磁场对运动电荷的作用力，即洛伦兹力。通过理论探究与逻辑推导相结合的方式，使学生不仅掌握洛伦兹力的大小计算与方向判断，更能领会其物理本质，并初步认识其在现代科技中的应用。具体目标如下：

1.知识与技能：

*理解洛伦兹力的概念，明确其产生条件。

*掌握用左手定则判断洛伦兹力方向的方法，并能熟练应用于实际情境。

*掌握洛伦兹力大小的计算公式，并能进行简单的定量计算。

*理解洛伦兹力做功的特点。

*初步了解洛伦兹力在粒子偏转、回旋加速器等方面的应用原理。

2.过程与方法：

*通过从安培力到洛伦兹力的理论推导过程，培养学生的逻辑推理能力和知识迁移能力。

*通过对洛伦兹力方向和大小的探究，体验科学研究的一般方法，如假设、推理、验证。

*通过问题解决，提升学生分析物理情境、运用物理规律的能力。

3.情感态度与价值观：

*通过对微观粒子在磁场中受力的研究，感受物理学中宏观现象与微观本质的联系，激发探究兴趣。

*了解洛伦兹力的广泛应用，体会物理学知识对推动科技进步的重要作用，增强民族自豪感和社会责任感。

*培养严谨求实的科学态度和合作探究的精神。

二、教学重难点

1.教学重点：

*洛伦兹力方向的判断——左手定则的理解与应用。

*洛伦兹力大小计算公式的推导与应用。

2.教学难点：

*从安培力推导洛伦兹力大小的过程，建立微观与宏观的联系。

*理解洛伦兹力为何不做功。

*左手定则在负电荷运动情形下的灵活应用。

三、教学方法与手段

*教学方法：讲授法、讨论法、探究式教学法相结合。注重启发引导，鼓励学生主动思考。

*教学手段：多媒体课件（PPT）、板书、洛伦兹力演示仪（若条件允许）、动画模拟（如带电粒子在磁场中的运动轨迹）。

四、教学过程设计

（一）复习旧知，引入新课（约5分钟）

1.提问回顾：

*我们已经学习了磁场对通电导线的作用力，其名称是什么？（安培力）

*安培力的方向如何判断？（左手定则）大小如何计算？（F=BILsinθ，θ为B与I的夹角）

*电流是如何形成的？（电荷的定向移动）

2.逻辑过渡：既然电流是电荷的定向移动形成的，而磁场对电流（通电导线）有安培力的作用，那么，我们自然会想到：这个安培力是不是磁场对导线中定向移动的电荷的作用力的宏观表现呢？磁场对运动的电荷本身是否会有力的作用？这就是我们今天要探究的课题——磁场对运动电荷的作用力。（板书课题）

（二）新课讲授与探究（约30分钟）

1.洛伦兹力的概念（约3分钟）

*引导学生思考：磁场对运动电荷的作用力，我们称之为洛伦兹力。这个名称是为了纪念荷兰物理学家亨德里克·安东·洛伦兹。

*明确洛伦兹力的定义：磁场对运动电荷的作用力。

2.洛伦兹力的方向（约10分钟）

*提出问题：洛伦兹力的方向会与哪些因素有关呢？我们能否借鉴判断安培力方向的方法来判断洛伦兹力的方向？

*猜想与假设：安培力是洛伦兹力的宏观表现，那么洛伦兹力的方向可能也与磁场方向、电荷运动方向有关，或许也能用类似左手定则的方法判断。

*探究与总结——左手定则的迁移与应用：

*引导学生回忆安培力的左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。

*指出电流方向即正电荷定向移动的方向。因此，对于正电荷，其运动方向即为电流方向。

*洛伦兹力的左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向（或负电荷运动的反方向），这时拇指所指的方向就是运动电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。

*强调：

*磁感线穿过掌心。

*四指指向：正电荷运动方向，负电荷则为运动的反方向。

*拇指指向：洛伦兹力方向。

*洛伦兹力的方向总是垂直于磁场方向和电荷运动方向所决定的平面。

*例题/判断练习：（结合PPT动画或图示）

*给出几种不同情况（正电荷、负电荷，不同的运动方向和磁场方向），让学生运用左手定则判断洛伦兹力方向，并请学生上讲台利用手势演示或画图说明。

*重点强调负电荷运动时，四指应指向其运动的反方向。

3.洛伦兹力的大小（约12分钟）

*提出问题：洛伦兹力的大小与哪些因素有关？如何计算？

*引导推导：既然安培力是洛伦兹力的宏观表现，我们可以尝试从安培力的公式推导出洛伦兹力的公式。

*建立模型：设有一