探究洛伦兹力的表达式
开发区一中胡志凌
新课改最推崇的二字便是“探究”，在教材中也有着很多体现，“探究求合力的方法”“探究加速度与力和质量的关系”……当然由于或限于学生的理解能力、或限于高中学校的实验条件、或限于编写者的顾虑等原因，教材也没有拘泥于一味的要求探究，而是采用了陈述和探究相结合的方式。
全国各地的高中教师在自己对相关物理知识的理解基础之上，结合教材演绎出了各具特色的不同知识点的探究方案，所以我也凑凑热闹，谈谈我对探究洛伦兹力的表达式的一点思考。
教材本节的题目是《磁场对运动电荷的作用力》，教材中的处理方法是：用生活实例引入新课，演示阴极射线在磁场中的偏转实验观察结果，比照安培力分析总结洛伦兹力的左手定则，利用电流的微观解释结合安培力的知识推导洛伦兹力的表达式，最后研究显像管的工作原理。
基本思路吻合教材经常使用的“提出问题----解决问题----实际应用”的思维方式，文字简明扼要，给教师留下了足够自由发挥的空间。
本着锻炼学生思维的目的，我在这儿采用了和教材不一样的处理方法。
【教学过程】
一、引课设计
课前小测：如图所示，当一个带正电的粒子沿虚线水平向右飞过时，不考虑地磁场带来的影响，小磁针会如何运动？为什么？
学生很容易答出小磁针的北极会转向纸外，原因是带电粒子的定向移动形成等效电流，从而产生磁场使得小磁针在磁场作用下转动。
顺接学生回答的余韵提出质疑1：既然运动电荷对磁体（磁场）有力的作用，那么磁场对运动电荷有没有力的作用呢？
二、设计并动手实验，观察现象
提出本节课的目标：本节课我们来研究这个力，需要设计实验来验证这个力是否存在，它的大小和方向如何确定，在日常生活中的应用。
探究活动1：首先我们需要设计一个实验来验证这个力是否存在，请同学们分小组讨论设计自己的实验方案。
设计的时候要注意：本实验中使用到的实验仪器大家可能没有见过，同学们可以想出你想要达到的功能，然后向全班同学和老师寻求帮助看有没有相应的仪器。
学生通过讨论很容易发现困难所在：
1、需要有能够产生运动电荷的仪器
2、需要想办法让我们看到运动电荷的轨迹
结果老师介绍了阴极射线管，学生很容易就设计了实验方案，并预测了实验可能看到的现象。
三、探究判断洛伦兹力的方向
实验结果表明运动电荷在磁场中受到力的作用，这个力叫做洛伦兹力。
质疑2：为什么运动电荷在磁场中会受到力的作用，和我们已经学过的知识有什么可以联系的地方？
学生轻松回答出：运动电荷形成等效电流会受到安培力的作用，所以运动电荷受到磁场的作用力。
追问质疑3：究竟是因为电流受到安培力而使运动电荷受到洛伦兹力还是运动电荷受到到洛伦兹力而是电流受到安培力？这两个力在本质上有什么关系？
安培力是洛伦兹力的宏观表现
探究活动2：洛伦兹力的方向如何判断？结合三个问题思考
1、洛伦兹力和安培力的关系
2、不同电荷的运动方向和电流方向的关系
3、安培力方向的判断方法。
由学生总结出正负电荷的左手定则，并用前面观察到的实验结果进行验证。
四、探究洛伦兹力的大小
质疑4：洛伦兹力的大小和什么因素有关系？
探究活动3：建议逻辑顺序
1、如图所示，假定单个粒子定向通过一段长为L的空心导体形成等效电流，设粒子的
带电量为q，运动速度为v，算出电流与q的关系
2、求出这段导体的安培力
3、因为只有一个粒子，所以该粒子的洛伦兹力等于这段导体所受安培力。
结论：
F洛=F安=BIL=B（q/t）L=Bq（L/t）=BqV
成立条件：由F安=BIL的成立条件是磁感应强度和电流垂直可推知为磁感应强度和速度垂直。
磁感应强度和速度方向不垂直时的情况可以完全仿照安培力时的处理方法。
五、电视显像管的工作原理
处理方法和教材相同
【教学反思】
不难看出，这样的设计方式和教材的思路相比主要区别在四个地方：
第一、开课的时候采用了习题引入的方法，而没有采用生活实例引入。
这样做更有利于前后知识的联系，在解释开课的小问题的过程中很自然地埋下了洛伦兹力和安培力有联系的伏笔，更有利于学生理解两种力的关系，做到陌生的知识熟悉化。
第二、对于本节课的演示实验《阴极射线在磁场中的偏转》没有采用教材上的演示—观察模式，而是让学生根据开课时的问题设计。
以前采用教材模式的时候，给学生解释阴极射线管的原理要费很多时间，效果也不好。
当采用这样的方法之后，学生很轻松的明白了他的工作原理，而且对结果有了判断，能带着自己的思考进行观察。
第三、在洛伦兹力方向的判断方法上，更强调了根据安培力来推断方法再由实验结果进行验证，充分利用了演示实验。
第四、在洛伦兹力的表达式的推导过程中，没有采用教材上的严格的由电流的微观意义结合安培力公式的方法来推导洛伦兹力的表达式。
而是采用了只有一个运动电荷形成等效电流的方法，这样做的好很多。
首先，可以和开课的例题前后联系，同一情景的反复再现和利用可以帮助学生在熟悉的情景中研究新的问题，可以避免新的物理情景给学生带来的困扰，降低了推导的难度。
其次，利用单个电荷的等效电流可以直接利用电流的定义就计算了等效电流，避免了有关电流微观表达的复杂计算，使得普通高中的学生自己推导洛伦兹力公式也变得游刃有余。
正如屈原的那句话：“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”，探究性学习的路才刚刚开始，我会继续研究不同内容新的探究性学习方式。