专题一 第2讲 电磁学中的物体平衡教案

专题一第2讲电磁学中的物体平衡教案一、教学目标1.知识与技能目标深入理解电磁学中物体平衡的概念，掌握解决电磁学中物体平衡问题的基本方法和步骤。能够熟练运用受力分析、牛顿第二定律等知识，结合电场力、安培力、洛伦兹力的特点，解决不同情境下的电磁学物体平衡问题。学会通过建立物理模型，将复杂的实际问题转化为典型的电磁学平衡问题进行求解，提高学生的逻辑思维能力和分析解决问题的能力。2.过程与方法目标通过对典型例题的分析和讲解，培养学生运用物理规律解决实际问题的科学思维方法，引导学生掌握解题的一般思路和技巧。组织学生进行课堂讨论和练习，让学生在实践中体会电磁学中物体平衡问题的多样性和灵活性，提高学生的解题能力和应变能力。鼓励学生自主探究和总结归纳，培养学生的自主学习能力和创新精神，使学生学会从多角度思考问题，拓展解题思路。3.情感态度与价值观目标激发学生学习电磁学的兴趣，培养学生对物理学科的热爱之情，体会物理学科的魅力。通过解决实际问题，培养学生严谨的科学态度和勇于探索的精神，增强学生的自信心和成就感。引导学生认识到物理知识在实际生活中的广泛应用，培养学生将物理知识应用于实际的意识和能力，提高学生的科学素养。

二、教学重难点1.教学重点掌握电磁学中电场力、安培力、洛伦兹力的大小和方向的判断方法。熟练运用受力分析和牛顿第二定律解决电磁学中的物体平衡问题。学会分析不同情境下电磁学物体平衡问题的特点，建立正确的物理模型。2.教学难点理解和应用洛伦兹力不做功的特点，解决与洛伦兹力相关的物体平衡问题。处理复杂电磁学情境下的物体平衡问题，如多个场共存、动态平衡等问题，培养学生的综合分析能力和逻辑推理能力。

三、教学方法1.讲授法：系统讲解电磁学中物体平衡的基本概念、规律和方法，使学生形成清晰的知识框架。2.例题分析法：通过对典型例题的详细分析，引导学生掌握解题思路和技巧，培养学生运用知识解决问题的能力。3.讨论法：组织学生进行课堂讨论，鼓励学生积极参与，分享自己的解题思路和方法，促进学生之间的交流与合作，拓宽学生的思维视野。4.练习法：安排适量的课堂练习和课后作业，让学生在实践中巩固所学知识，提高解题能力和应试技巧。

四、教学过程

（一）导入新课（5分钟）1.通过提问回顾上节课所学的电场力、安培力、洛伦兹力的相关知识，如：电场力的计算公式是什么？安培力的方向如何判断？洛伦兹力对带电粒子做功有什么特点？2.展示一些生活中与电磁学物体平衡相关的图片或视频，如：电子秤利用电场力平衡原理工作、电动机中线圈在安培力作用下保持平衡转动等，引导学生观察并思考这些现象中物体是如何在电磁力作用下保持平衡的，从而引出本节课的主题电磁学中的物体平衡。

（二）知识讲解（20分钟）1.电磁学中物体平衡的概念强调物体在电磁学中处于平衡状态是指物体保持静止或匀速直线运动状态，此时物体所受的合外力为零。结合具体例子说明电磁学中物体平衡问题的研究对象可以是单个带电粒子、通电导体棒，也可以是包含多个物体的系统。2.电磁学中常见的力电场力回顾电场力的计算公式\(F=qE\)，其中\(q\)为电荷量，\(E\)为电场强度。强调电场力的方向：正电荷所受电场力方向与电场强度方向相同，负电荷所受电场力方向与电场强度方向相反。安培力复习安培力的计算公式\(F=BIL\sin\theta\)，其中\(B\)为磁感应强度，\(I\)为电流强度，\(L\)为导体棒长度，\(\theta\)为电流方向与磁场方向的夹角。详细讲解安培力的方向判断方法左手定则：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。洛伦兹力再次强调洛伦兹力的计算公式\(F=qvB\sin\theta\)，其中\(q\)为电荷量，\(v\)为带电粒子的速度，\(B\)为磁感应强度，\(\theta\)为速度方向与磁场方向的夹角。深入讲解洛伦兹力的方向判断方法左手定则：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，这时拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向；若粒子为负电荷，则四指指向负电荷运动的反方向，拇指所指方向为负电荷所受洛伦兹力的方向。特别指出洛伦兹力不做功的特点，即洛伦兹力始终与带电粒子的速度方向垂直，只改变粒子的运动方向，不改变粒子的速度大小和动能。

（三）例题分析（25分钟）1.单个带电粒子在电场中的平衡问题【例1】如图所示，一个带电荷量为\(+q\)的小球，用绝缘细线悬挂在水平向右的匀强电场中，静止时细线与竖直方向成\(\theta\)角。已知小球质量为\(m\)，求电场强度\(E\)的大小。分析：对小球进行受力分析，小球受到重力\(mg\)、电场力\(qE\)和细线的拉力\(T\)。由于小球处于平衡状态，根据受力平衡条件，合外力为零。将重力和电场力进行合成，合力与细线的拉力大小相等、方向相反。由三角函数关系可得：\(qE=mg\tan\theta\)，解得\(E=\frac{mg\tan\theta}{q}\)。总结：解决单个带电粒子在电场中平衡问题的关键是正确进行受力分析，根据平衡条件列出方程求解。要注意电场力的方向与电场强度方向的关系，以及三角函数在受力分析中的应用。2.通电导体棒在磁场中的平衡问题【例2】如图所示，一根质量为\(m\)、长度为\(L\)的通电导体棒静止在倾角为\(\theta\)的光滑斜面上，导体棒中通有电流\(I\)，方向垂直纸面向里，斜面处于垂直斜面向上的匀强磁场中，磁感应强度为\(B\)。求匀强磁场的磁感应强度\(B\)的大小。分析：对导体棒进行受力分析，导体棒受到重力\(mg\)、斜面的支持力\(N\)和安培力\(F\)。因为导体棒处于平衡状态，所以合外力为零。将重力沿斜面和垂直斜面方向分解，根据平衡条件列方程。沿斜面方向有：\(F=mg\sin\theta\)，又因为\(F=BIL\)，所以\(BIL=mg\sin\theta\)，解得\(B=\frac{mg\sin\theta}{IL}\)。总结：对于通电导体棒在磁场中的平衡问题，同样要准确进行受力分析，利用平衡条件求解未知量。要注意安培力方向的判断以及力的分解方法，将重力分解为沿斜面和垂直斜面的两个分力，以便根据平衡条件列出方程。3.带电粒子在复合场中的平衡问题【例3】如图所示，一个质量为\(m\)、电荷量为\(+q\)的带电粒子，以速度\(v\)垂直进入正交的匀强电场和匀强磁场区域，电场强度为\(E\)，磁感应强度为\(B\)。已知粒子在该区域中做匀速直线运动，求电场强度\(E\)的大小。分析：对带电粒子进行受力分析，粒子受到重力\(mg\)、电场力\(qE\)和洛伦兹力\(qvB\)。因为粒子做匀速直线运动，所以合外力为零。粒子所受重力和电场力的合力与洛伦兹力大小相等、方向相反。根据受力平衡条件可得：\(\sqrt{(mg)^2+(qE)^2}=qvB\)，又因为粒子在水平方向不受力，所以电场力方向竖直向上，即\(qE=mg\)，解得\(E=\frac{mg}{q}\)。总结：处理带电粒子在复合场中的平衡问题，要全面考虑粒子所受的各种力，正确进行受力分析和力的合成与分解。注意洛伦兹力的方向与速度方向垂直，以及粒子在复合场中做匀速直线运动时合外力为零这一关键条件的应用。

（四）课堂讨论（15分钟）1.将学生分成小组，讨论以下问题：在电磁学中，如何判断物体是否处于平衡状态？平衡状态下物体受力有什么特点？对于多个物体组成的系统，在分析电磁学平衡问题时，应该如何选取研究对象？当物体在电磁力作用下处于动态平衡时，如何分析力的变化情况？2.每个小组推选一名代表发言，分享小组讨论的结果。教师对各小组的发言进行点评和总结，进一步强调解决电磁学物体平衡问题的要点和方法。

（五）课堂练习（10分钟）1.布置几道课堂练习题，让学生在规定时间内完成。练习1：如图所示，一个带电荷量为\(q\)的小球，用绝缘细线悬挂在水平向左的匀强电场中，静止时细线与竖直方向成\(30^{\circ}\)角。已知小球质量为\(m\)，求电场强度\(E\)的大小。练习2：如图所示，一根质量为\(m\)、长度为\(L\)的通电导体棒放在水平桌面上，通有电流\(I\)，方向向右，导体棒与桌面间的动摩擦因数为\(\mu\)。现给导体棒施加一个垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为\(B\)，当磁场强度\(B\)多大时，导体棒刚好能匀速运动？练习3：如图所示，一个质量为\(m\)、电荷量为\(+q\)的带电粒子，以速度\(v\)从\(A\)点沿与水平方向成\(45^{\circ}\)角的方向射入正交的匀强电场和匀强磁场区域，电场强度为\(E\)，磁感应强度为\(B\)。已知粒子在该区域中做匀速直线运动，求电场强度\(E\)的大小。2.巡视学生的练习情况，及时发现学生存在的问题并进行个别指导。3.练习结束后，公布答案，让学生自行核对答案，对做错的题目进行分析讲解，帮助学生找出错误原因，加深对知识点的理解。

（六）课堂小结（5分钟）1.引导学生回顾本节课所学的主要内容，包括电磁学中物体平衡的概念、常见的力（电场力、安培力、洛伦兹力）的特点及计算方法，以及解决电磁学物体平衡问题的一般步骤和思路。2.强调解决电磁学物体平衡问题的关键在于准确进行受力分析，熟练运用牛顿第二定律和平衡条件，根据不同情境建立正确的物理模型。3.鼓励学生在课后继续加强对电磁学物体平衡问题的练习，巩固所学知识，提高解题能力。

（七）课后作业（5分钟）1.布置课后作业，包括书面作业和拓展作业。书面作业：完成课本上相关章节的练习题，要求认真书写解题过程，规范答题格式。拓展作业：查阅资料，了解电磁学物体平衡在现代科技中的应用，如磁悬浮列车、电子天平、质谱仪等，并撰写一篇简短的报告，介绍这些应用的原理和特点。2.说明作业的要求和完成时间，鼓励学生积极完成作业，培养自主学习能力。

五、教学反思通过本节课的教学，学生对电磁学中的物体平衡问题有了更深入的理解和掌握。在教学过程中，通过回顾旧知识引入新课，激发了学生的学习兴趣；利用讲授法、例题分