《人教版选修3—1磁场对电荷的作用力》教学设计

2018-07-09付同森

广西教育·B版 2018年3期

【摘要】本文阐述《人教版选修 3-1 磁场对电荷的作用力》的一节实验探究课，讲解运用示波器、条形磁铁进行自主实验探究的过程，通过“观察—猜想—实验—分析—总结”的思维方法使学生总结出洛伦兹力方向的判断方法，掌握洛伦兹力的方向特征，顺利地完成教学任务，达到培养学生物理学科核心素养的目的。

【关键词】磁场电荷洛伦兹力教学设计

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2018）03B-0101-03

在物理教学中培养学生的核心素养，是科学育人价值的重要体现。新课标改革的理念之一，就是要求在课堂教学的过程中培养学生的核心素养，而实验探究是物理学科核心素养的重要纬度。在物理教学中，将实验与科学探究有效地结合起来成了新课改的主旋律。为此在物理教学中应尽可能地将传统教学改变为实验探究式的教学。因此教师应该根据实际的教学情况，选择合适的探究实验，并对探究过程进行合理规划，引导学生顺利进行科学探究，从而培养学生的创新意识、实践能力和科学素养。本节课就是基于该思想设计的一节实验探究课。

〖教学目标〗

一、知识与技能

1.知道什么是洛伦兹力。

2.能够应用左手定则判断洛伦兹力的方向。

二、过程与方法

1.通过“观察—猜想—实验—分析—总结”的思维方法使学生总结出洛伦兹力方向的判断方法，掌握洛伦兹力的方向特征。

2.通过实验探究和实验验证，掌握用左手定则判断洛伦兹力方向的方法。

三、情感与价值观

1.让学生感受和体会“观察—猜想—实验—分析—总结”这个最基本的科学研究的思维方法。

2.培养学生的实验探究能力，运用知识解决实际问题的能力。

〖教材分析〗

1.教材直接给出结论：洛伦兹力的方向可以用左手定则进行判断，并直接陈述说明实验事实证明结论是正确的。故本节课的教学重点应该是向学生展示这个实验事实具体是什么，而探究实验就是最好的选择。

2.学生通过实验探究并验证左手定则，既可以用来判断安培力的方向，又可以用来判断洛伦兹力的方向，认识和理解洛伦兹力与安培力的内在联系。

3.本节课的教学重点放在探究實验和洛伦兹力的方向规律，洛伦兹力的大小推导留给学生课后思考，并作为下一节课的主要内容。

4.本节课运用类比方法建立模型：极光现象→阴极射线管（建模过程）→示波管（建模过程）。如果能通过学生探究实验，找到了示波管中的电子在磁场中的运动方向的规律，那么就能解释极光现象为什么只发生在极地地区的原因。

〖教学过程设计〗

一、新课引入

【师】同学们，你们见过极光吗？

【生】没有。

【师】好，那我带领你们一起去看极光。

【师】播放带有解说词的《极光》视频—— 极光是一种绚丽多彩的发光现象，其发生是由于太阳的高能带电粒子流进入地球磁场，在地球南北两极附近地区的高空，夜间出现的灿烂美丽光辉的现象。地球的极光是由太阳的高能带电粒子流与高层大气分子撞击而产生的。

【师】提出问题：

1.极光的产生需要什么条件？

2.极光现象为什么只发生在极地地区？

二、实验器材介绍，提出探究目标

【师】同学们，要想了解极光现象，我们可以从研究下面这几个实验开始。地磁场对高能粒子的作用比较复杂，但我们可以在实验室中利用实验器材进行实验探究，总结并发现其中的规律，找出产生极光的原因。

【实验探究的教学意图及思路】运用类比方法建立模型。高能粒子产生的极光现象与阴极射线管中电子在磁场中偏转实验类似（建模过程），阴极射线管中电子在磁场中偏转实验又与示波管中的电子在磁场中的偏转实验类似（建模过程）。如果能通过学生探究实验，找到了示波管中的电子在磁场中的运动方向的规律，那么就能解释极光现象为什么只发生在极地地区的原因。

【师】介绍阴极射线管：从阴极发射出来的电子，在阴阳两极间的高压作用下，使其加速，形成电子束，轰击到长条形的荧光屏上激发荧光，可以显示电子束的运动轨迹（如图甲所示）。

【师】同学们，下面老师用阴极射线管做演示实验，请大家注意观察实验现象。

【实验现象】在没有外加磁场时，电子束沿直线运动；如果把射线管放在蹄形磁铁的两极间，荧光屏上显示电子束运动的轨迹就发生了弯曲（如图乙、丙所示）。

【师】同学们，这个实验说明了什么问题？

【生】运动电荷在磁场中受到力的作用。

【师】对，运动电荷在磁场中受到力的作用，这就是我们这节课要研究的内容。

【板书一】洛伦兹力的定义

磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力。

【师】同学们，上面的实验中阴极射线管与示波器中的示波管原理类似，我们也可以用波器中的示波管来做电子的偏转实验。简单介绍示波器中的示波管：示波器外壳被打开，不加水平和竖直偏转电压，使电子束打在荧光屏的正中央；用条形磁铁（外面用白纸包好，防止学生记住磁场方向和电子束发生偏转关系，不利于自主探究）一端分别放在示波管中的上、左、右位置，如图所示，发生光斑偏转。

【师】同学们，通过这个实验，发现运动电荷在磁场中受到力的作用而发生偏转，那么磁场方向、电荷运动方向、洛伦兹力方向三者的关系是怎么的呢？这就是我们接下来要探究的内容。

三、探究实验，自主学习

【实验目标】探究磁场方向、电荷运动方向、洛伦兹力方向三者的关系，发现并总结出规律。

【实验器材】（1）条形磁铁 1 根；（2）示波器 1 个（没有加水平和竖直偏转电压，且光斑已经调整到荧光屏的正中央，老师课前调整好），带有表格的空白实验记录纸 1 张。

【分组实验】2 人一组，自主实验和探究。

【师】同学们，现在我们每个桌子上都放有已经调整好的示波器，且光斑已经调整到荧光屏的正中央，请同学们不要调整示波器面板上的调节旋钮。每个桌子上还有一根条形磁铁，还有一张带有表格的白纸。请同学们用所给的实验器材，进行实验探究，并请同学们把电子受力方向和条形磁铁的位置关系画在试验记录的白纸上。然后找出磁场方向、电荷运动方向、洛伦兹力方向三者的关系。下面请每组同学开始通过实验来进行探究。

【师】在学生实验探究期间，老师来回巡视。

【师】同学们，我看到每组同学差不多都探究完毕，下面找一组同学的实验记录与大家分享，想和大家一起分享的请举手。同学们纷纷举手，老师找一组实验记录用实物投影仪投影到屏幕上，如图所示（基本上每个组都能画出类似图形）。