关于高中物理学习中磁场对运动电荷作用的探讨

问题引领，自主导学——《磁场对运动电荷的作用力》教学设计摘要：近年来，为了提高课堂效率，培养学生提出问题、解决问题、自主学习、合作学习能力，以问题为引领的自主导学模式悄然兴起。

教师通过课堂问题引领学生积极思考，让学生在自主学习、合作交流中加深对知识的理解、应用，并主动建构。

关键词：问题引领、自主导学、合作交流一、教学设计思路教材分析：本节课是人教版选修3-1第三章第5节《磁场对运动电荷的作用》的内容。

涉及到的知识点有“洛伦兹力的方向和大小”、“电视显像管的工作原理”。

在前一节学生学习了磁场对通电导线的作用——安培力，会用左手定则判断安培力的方向并计算大小，这为本节课进一步研究磁现象的电本质——洛伦兹力打下了基础。

对洛伦兹力的方向和大小的探究过程能很好的培养学生的合作交流能力，让学生体验科学探究的一般过程，是本节课的重点。

另一方面，由于时代在进步，电视机向薄发展，所以电视机显像管原理可以简单带过或用其他实例替代。

教学思路：为激发学生学习兴趣，本节课以自然现象（极光）为切入口引入新课，结合实验探究，采用问题引领，启发学生对洛伦兹力的方向和大小进行探究。

让学生在科学探究体验过程中，合作学习、深入讨论、总结提升。

二、教学目标1．知识与技能（1）知道磁场对电流作用（安培力）实质是磁场对运动电荷作用（洛仑兹力）的宏观表现。

（2）知道洛仑兹力的方向由左手定则判定，并会熟练地应用。

（3）能根据安培力的表达式F=BIL推导洛仑兹力表达式f=qvB，并能够进行简单计算。

2．过程与方法（1）通过实验探究让学生总结洛伦兹力的方向的判断方法；（2）通过理论探究让学生总结洛伦兹力的大小的计算方法。

3．情感、态度与价值观（1）提高学生透过现象认清本质的认知能力；（2）培养学生主动探索、善于分析的科学态度。

三、教学重难点1．利用左手定则会判断洛伦兹力的方向；2．掌握垂直进入磁场方向的带电粒子受到洛伦兹力大小的计算。

六、板书设计3.5磁场对运动电荷的作用微观宏观七、课后作业1．上网查阅资料：极光的形成2．课第2、3、4题教学反思有幸上了一节《磁场对运动电荷的作用》，在设计教学流程、改进实验装置、思考问题导学的学案、课堂教学、课后观摩及专家点评过程中学习到不少新的理念、新的知识。

高中物理磁场对运动电荷的作用在高中物理的学习中，磁场对运动电荷的作用是一个非常重要的知识点。

它不仅是电磁学的核心内容之一，也在许多实际应用中发挥着关键作用，比如粒子加速器、质谱仪等。

当我们谈到磁场对运动电荷的作用时，首先要了解的是洛伦兹力。

洛伦兹力是指运动电荷在磁场中所受到的力。

这个力的大小与电荷量、速度大小、磁感应强度以及速度方向与磁场方向的夹角有关。

其表达式为：F ＝qvBsinθ，其中 F 是洛伦兹力，q 是电荷的电荷量，v 是电荷的运动速度，B 是磁感应强度，θ 是速度方向与磁场方向的夹角。

让我们通过一个简单的例子来直观地感受一下洛伦兹力。

想象一个带正电的粒子以一定的速度垂直进入一个匀强磁场。

由于粒子的速度方向与磁场方向垂直，此时夹角θ为 90 度，sinθ等于 1。

那么粒子将会受到一个大小恒定、方向始终与速度方向垂直的洛伦兹力。

在这个力的作用下，粒子会做匀速圆周运动。

为什么会做匀速圆周运动呢？因为洛伦兹力始终与速度方向垂直，所以它只改变速度的方向，而不改变速度的大小。

这就好比我们用一根绳子拴着一个小球在水平面上旋转，绳子提供的拉力始终垂直于小球的运动方向，只改变小球的运动方向，而不改变其运动的快慢。

那么，如何确定粒子做圆周运动的半径和周期呢？根据洛伦兹力提供向心力的原理，我们可以得到：qvB ＝ mv²/r，由此可以推导出半径r ＝ mv/qB。

而周期 T ＝2πr/v ＝2πm/qB。

接下来，我们再深入探讨一下当速度方向与磁场方向不垂直的情况。

假设夹角为θ（0 ＜θ ＜ 90 度），此时洛伦兹力的大小会变小，因为sinθ的值小于 1。

而且洛伦兹力的方向不再与速度方向垂直，而是与速度方向和磁场方向都垂直。

在这种情况下，粒子的运动轨迹将不再是简单的圆周运动，而是一个螺旋线。

磁场对运动电荷的作用在实际生活中有很多应用。

比如，在电视机的显像管中，电子枪发射出的电子在磁场的作用下发生偏转，从而能够准确地打到屏幕的不同位置，形成图像。

《磁场对运动电荷的作用力》教案、教学设计人教版选修3一、教学目标【知识与技能】1.知道什么是洛伦兹力，会判断方向；2.明白安培力到洛伦兹力大小的推理过程；3.能够简单解释极光与电视显像。

【过程与方法】1.通过对安培力微观本质的猜测，培养联想和猜测能力；2.通过公式推导，培养逻辑推理能力。

【情感态度与价值观】通过激发好奇心和求知欲，学会科学的思维方式，体会到物理知识在实际中的应用，激发追求科学的热情。

二、教学重难点【重点】洛伦兹力方向的判断和大小计算【难点】洛伦兹力计算公式的推导过程三、教学方法探究法、讲授法、讨论法四、教学过程环节一：导入新课观看极光视频，思考极光原理，从而引出新课。

环节二：新课讲授我们猜想：磁场对通电导线的安培力可能是作用在大量运动电荷上的力的宏观表现，用阴极管射线实验验证。

1. 磁场对运动电荷存在作用力简单进行实验介绍，之后演示①在没有外磁场时，电子束沿直线运动，说明电子不受力的作用。

②将磁铁靠近电子射线管，发现电子束发生了偏转。

说明电子受到力的作用。

结论：磁场对运动电荷有力的作用，猜想成立。

磁场对运动电荷有力的作用叫洛伦兹力。

通电导线在磁场中所受的安培力是洛伦兹力的宏观表现。

2.洛伦兹力方向与大小由安培力猜想洛伦兹力的方向可以用左手定则判定。

（强调：四指指向是负电荷运动的反方向）实验验证：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。

验证洛伦兹力的方向可以用左手定则判定。

接下来建立如教材图3.5—3的物理模型，通过一系列公式推导伦兹力的大小。

①时间t内的通过截面的粒子数②q与电流I的关系③匀强磁场中垂直导线受到的安培力④每个电荷所受的洛伦兹力公式F洛=qvB的适用条件（V⊥B），当v∥B时，F洛=0；v与B既不垂直，又不平行时，洛伦兹力的大小？（类比安培力得出F洛=qvBsinθ）特点：只改变力的方向，不改变大小，对运动电荷不做功。

3.应用极光:来自外太空的带电粒子在射向地球时，受到地磁场对它的作用，使这些带点粒子螺旋状地运动到了两极，与两极的高层大气发生作用，产生各种各样的光线。

1“问题探究式”教学探讨案例 ——磁场对运动电荷的作用力教学设计 王善锋 (邹平县第一中学 山东 邹平 256200) “问题探究式”教学法，就是在教学过程中，创设问题情景、提出问题，让学生自己找出解决问题的办法，而置疑问题的质量会直接影响教学效果.那么，如何创设情景并提出问题，从而引发学生思考呢？下面以一个具体的案例——“磁场对运动电荷的作用力”来说明. 第一步：通过复习，创设问题情景，激发学生对“微观本质与宏观现象”之间关系的兴趣. 1 复习导入新课 1.1 提出问题 如图1所示，用两根软导线把一导体杆水平、静止地悬挂在竖直向下的匀强磁场中. ⑴当开关K 闭合时，导体杆的状态将如何改变？其原因是什么？ ⑵在开关K 闭合和断开两种情况下，导体杆有何区别？ 1.2 合理猜测 导体杆中有定向移动的电荷(有电流)时，导体杆受到安培力作用；反之，没有安培力作用.由此，我们可以做作出何种猜测？ (安培力的产生可能与电荷的运动有关.) 1.3 科学推理 如果我们的猜测是正确的，那么不仅是在导体中，而且在空间定向运动的带电微观粒子（如电子、质子等）也应受到磁场力的作用. 第二步：通过设计实验，创设问题情景，证明推理正确. 1.4 实验验证 引导学生思考如何选择仪器和实验验证： ⑴要验证结论必须有磁场和运动电荷，用什么装置来提供磁场和运动电荷呢？(最简单的装置：条形磁铁、阴极射线管) ⑵如何观察电子的轨迹呢？（通过荧光屏的荧光效应） ⑶阴极射线管需要高压电源，用什么仪器提供高压呢？（高压圈） 实验演示：高压放电演示提高学生兴趣；将阴极射线管的两极接在高压圈上，让学生观察到电子束是沿直线前进的.然后将条形磁铁一端垂直靠近荧光屏显示的射线轨迹的中部，学生会观察到电子束的径迹发生了弯曲.⑷电子束在磁场中偏转说明了什么？（说明：磁场对运动电荷有力的作用）[板书]：5 磁场对运动电荷的作用力]2 进行新课[板书：一、洛伦兹力] 2.1 定义：[板书：1、定义：磁场对运动电荷的力的作用，我们把它称为洛伦兹力.] (向学生简单介绍洛伦兹生平.内容参看附录1) 第三步：通过理论推导，创设问题情景，根据“洛伦兹力是安培力的微观本质”推导洛伦兹力的方向、大小和特点. 洛伦兹力是一种新型的力，但是它也同样具有力的三要素.其作用点在运动电荷上，这一点毋庸置疑.下面我们来研究它的方向和大小，首先来考虑它的方向. [板书：2、方向]2.2 方向 ⑴引导学生根据“洛伦兹力是安培力的微观本质”，推测:确定磁场与洛伦兹力方向之间的关系也可以用左手定则. 1)水平导线中电流方向如图2所示.若电流分别为正、负电荷定向移动形成的，分析正、负电荷所受洛伦兹力方向？2)如何用左手定则来判断洛伦兹力的方向？ （强调四指指向应是“正电荷运动方向”、“负电荷运动反方向”或者理解为“等效电流方向”）⑵选择哪些仪器来验证左手定则较好？如何验证？用条形磁铁的N 、S 极垂直靠近阴极射线方向，观察电子流的偏转方向（即洛伦兹力的方向）、磁场方向和电子运动方向间的关系. [板书：3、大小] 2.3 大小 (洛伦兹力的大小由师生互动得出.)⑴推导分析过程 1)如何用n 、q 、v 、S （单位体积内含的自由运动电荷数n ，每个电荷电量为q ，电荷的平均定向移动速率是v ，导线的横截面积是S ）来表示通电导线中的电流强度I ？ [板书：QI nqSv t==……①] 2)当通电导线垂直于磁场放置时，运动电荷所受的洛伦兹力f 与通电导线所受的安培力F 间有何关系？ [板书：F BIL Nf ==……②，N 为导线中电荷总数]3)根据式①和②，推导一个运动电荷垂直于磁场运动时受到的洛伦兹力的大小表达式.[板书：f Bqv =]⑵公式f Bqv =的适用条件，及其原因？ 图1B2图5(运动电荷的速度方向垂直于磁场方向.) ⑶如果运动电荷的速度方向与磁场方向不垂直，该表达式应有何变化？(变为sin f Bqv θ=，θ为速度与磁场方向的夹角.)⑷课下问题：我们如何验证洛伦兹力的表达式f Bqv =是成立的？ [板书：4、特点] 2.4 特点⑴在磁场中静止和运动的电荷是否都受洛伦兹力的作用？[板书：4、洛伦兹力的特点：⑴磁场只对运动电荷有力的作用，对静止电荷无力的作用；]⑵已知安培力垂直于I 和B 确定的平面，请根据“洛伦兹力是安培力的微观本质”，结合图3分析洛伦兹力有无类似的性质？ (引导学生总结：运动电荷所受的洛伦兹力f 的方向始终垂直于v 和B 确定的平面.） [板书：⑵洛伦兹力垂直于v 和B 组成的平面；]⑶洛伦兹力对上面问题中电荷的运动将产生什么影响？能使运动电荷速度大小发生改变吗？(引导学生总结：洛伦兹力方向总是与速度方向垂直，所以洛伦兹力对运动电荷不做功，运动电荷的动能保持不变.磁场只改变运动电荷的速度方向，而不改变其大小.)[板书：⑶洛伦兹力只改变运动电荷的速度方向，不改变其大小，其对运动电荷不做功.] [板书：5、应用] 2.5 应用⑴运动电荷在磁场中运动会受到洛伦兹力的作用，运动的方向会发生偏转，这一点对地球上的生命有何意义？(阻碍宇宙射线.)⑵课下思考：1)地磁场是如何阻挡宇宙射线的，是否像课本插图那么简单？(结合下一节内容和极光的形成原因，进行分析.)2)地磁场对地球生物有哪些作用？人类开发和利用地磁场的现状如何？ 第四步：通过问题加强理解 [板书：二、当堂问题] 3 当堂问题问题1：“洛伦兹力”与“安培力”有什么联系？ 问题2：如图4所示，分析图中三种情况下，运动电荷受到的洛伦兹力的方向.问题3：如图5所示，一带电粒子垂直射入一个垂直纸面向里的匀强磁场中，并经过P 点，请判断带电粒子的电性.问题4：有一束粒子，其中有带正电的、带负电的和不带电的粒子，如何把它们分离开？问题5：如图6所示，当一带正电q 的粒子以速度v 沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，问带电粒子在螺线管中运动时，v 的大小和方向有无变化？问题6：如图7所示，有一恒定电流I 流过长方体金属块，金属块置于与I 垂直的匀强磁场B 中，则金属块的上下表面哪里电势高？(此题是高考中曾出现过的霍耳效应.）问题7：把上面问题中的“金属块”改为“电解溶液”，结果又如何呢？ [板书：三、课堂小结]第五步：创设问题情景，理清思路、形成知识结构 4 课堂小结本节课主要研究了一种新型的力——洛伦兹力,并通过问题情景掌握了：安培力实际上是大量规律运动的带电粒子所受洛伦兹力的宏观体现.请同学们把本节课的内容总结一下.(附录2：本节课的结构和思路)设计说明：本节课设计时，充分考虑利用问题引导学生从感性知识入手，激发学生的兴趣，在讲解重点知识时，分步运用创设情景、提问、思考、讲解、推导和观察实验等手段，提出的问题之间过渡自然，让同学在积极参与的过程中理解和掌握本节知识内容. 根据“磁场对电流有作用力”和“电流是电荷的定向运动形成”的提出假设：磁场对运动电荷有作用力，再通过实验验证存在洛伦兹力,“推理→假设→实验验证”体现了科学的思维方法.附录1：洛伦兹简介.由于是荷兰物理学家洛伦兹首先提出了运动电荷产生磁场和磁场对运动电荷有力的作用的观点，为了纪念他，人们称这种力为洛伦兹力.其科学成就:⑴创立电子论：认为一切物质分子都含有电子，阴极射线的粒子就是电子.⑵提出洛伦兹变换公式和质量与速度的关系式，并指出光速是物体相对于以太运动速度的极限.⑶出色的物理教育家：他受到A.爱因斯坦、E.薛定谔和其他青年一代理论物理学家们的尊敬.爱因斯坦曾说过，他一生中受洛伦兹的影响最大.附录2：本节课的结构和思路图33。

一、内容概述本周我们复习磁场对运动电荷的作用力。

运动电荷在磁场中所受洛伦兹力的大小与哪些因素有关系，及其方向的判断是这一节的重点。

洛伦兹力对运动电荷不做功是它的一个重要特点，学习时要正确理解。

二、重、难点知识归纳与讲解1、洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用，它是安培力的微观本质。

安培力是洛伦兹力的宏观表现。

2、洛伦兹力的大小（1）当电荷速度方向垂直于磁场的方向时，磁场对运动电荷的作用力，等于电荷量、速率、磁感应强度三者的乘积，即F=qvB.（2）当电荷速度方向平行磁场方向时，洛伦兹力F=0。

（3）当电荷速度方向与磁场方向成θ角时，可以把速度分解为平行磁场方向和垂直磁场方向来处理，此时受洛伦兹力F=qvBsinθ。

3、洛伦兹力的方向安培力的方向可以用左手定则来判断，洛伦兹力的方向也可用左手定则来判断：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，且处于同一平面内，把手放入磁场，让磁感线穿过手心，对于正电荷，四指指向电荷的运动方向，对于负电荷，四指的指向与电荷的运动方向相反，大拇指所指的方向就是洛伦兹力的方向。

由此可见洛伦兹力方向总是垂直速度方向和磁场方向，即垂直速度方向和磁场方向决定的平面。

4、洛伦兹力的特点因为洛伦兹力始终与电荷的运动方向垂直，所以洛伦兹力对运动电荷不做功。

它只改变运动电荷速度的方向，而不改变速度的大小。

三、重、难点知识剖析1、洛伦兹力与电场力的比较（1）与带电粒子运动状态的关系带电粒子在电场中所受到的电场力的大小和方向，与其运动状态无关。

但洛伦兹力的大小和方向，则与带电粒子本身运动的速度紧密相关。

（2）决定大小的有关因素电荷在电场中所受到的电场力F=qE，与两个因素有关：本身电量的多少和电场的强弱。

运动电荷在磁场中所受的磁场力，与四个因素有关；本身电量的多少、运动速度v的大小、速度v的方向与磁感应强度B方向间的关系、磁场的磁感应强度B。

（3）方向的区别电荷所受电场力的方向，一定与电场方向在同一条直线上（正电荷同向，负电荷反向），但洛伦兹力的方向则与磁感应强度的方向垂直。

高中物理带电子在磁场中的运动知识点一、概要高中物理中，电子在磁场中的运动是一个重要的知识点，涉及到电磁学的基本原理和应用。

这一知识点主要研究电子在磁场中受到洛伦兹力作用时的运动规律，包括电子的轨迹、速度、加速度以及磁场对电子的影响等。

掌握该知识点对于理解电磁现象、电子在科技领域的应用以及科学实验分析具有重要意义。

本文将对电子在磁场中的运动进行详细分析，帮助读者理解其基本原理和关键概念。

1. 介绍磁场与电子运动的重要性，说明电子在磁场中的运动规律是物理学中的重要课题在物理学中，磁场与电子的运动关系是一个极为重要且富有挑战性的课题。

磁场作为一种无形的力量，影响着周围物质的性质和行为，特别是在微观领域中对电子的影响更是显著。

电子作为物质的基本组成部分之一，其运动规律的研究对于理解物质的本质和性质至关重要。

因此电子在磁场中的运动规律研究，不仅关乎我们对物质世界的深入理解，也是物理学领域持续探索的热点。

从更广泛的角度来看，磁场和电子的运动关乎众多科学领域，如电磁学、量子力学、原子物理等。

它们在能源科技、信息技术等现代科技领域的应用也极为广泛。

例如电磁场理论在电动机、发电机、磁悬浮列车等领域的应用都离不开电子在磁场中的运动规律。

此外电子在磁场中的行为对于理解物质的磁性、半导体材料的性质等也有着重要意义。

因此电子在磁场中的运动规律研究具有重要的理论价值和实际应用价值。

从物理学的角度来看，电子在磁场中的运动受到洛伦兹力的影响，其轨迹呈现出复杂的曲线特性。

这些特性包括电子的运动方向、速度、加速度等的变化规律，以及磁场强度、方向对电子运动的影响等。

这些复杂而又精确的运动规律为我们提供了理解微观世界的重要线索，也为我们在纳米科技、微电子等领域的技术创新提供了理论基础。

因此研究电子在磁场中的运动规律是物理学研究的重要课题之一。

2. 简述本文目的，阐述本文内容将涵盖电子在磁场中的受力分析、运动轨迹、能量变化等方面电子在磁场中的受力分析。