田樹霞

師生互動(dòng)是高效課堂的基本構(gòu)成要素.下面以“磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力”一節(jié)中的洛倫茲力的方向和大小兩個(gè)教學(xué)片段為例，探討高中物理教學(xué)有效互動(dòng)策略.

教學(xué)片段1：洛倫茲力的方向.

師：我們已經(jīng)知道力屬于矢量，那么有關(guān)矢量的學(xué)習(xí)一般怎么處理？生：矢量的研究應(yīng)從大小和方向兩個(gè)方面著手.師：前面的學(xué)習(xí)，我們還研究過安培力的方向，當(dāng)時(shí)我們是如何確定安培力的方向，安培力的方向與哪些因素有關(guān)？生：通過左手定則來確立安培力的方向，安培力的方向與磁場(chǎng)方向、電流方向有關(guān).

教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生回顧有關(guān)矢量的認(rèn)識(shí)，由此逐步將話題導(dǎo)向洛倫茲力的方向.提出問題：請(qǐng)大家聯(lián)系洛倫茲力的定義，猜想洛倫茲力的方向可能與哪些因素有關(guān)？

學(xué)生活動(dòng)：思考電流與電荷移動(dòng)的關(guān)系，安培力與洛倫茲力的關(guān)聯(lián).學(xué)生在思考和討論中形成猜想：電流所受安培力本質(zhì)上就是運(yùn)動(dòng)電荷所受磁場(chǎng)的洛倫茲力，因此洛倫茲力的方向應(yīng)該與磁場(chǎng)方向、電荷運(yùn)動(dòng)方向有關(guān).

師：那么，如何判斷洛倫茲力的方向呢？生：和安培力方向一致，也可以通過左手定則來判斷.師：能否通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證你們的猜想呢？請(qǐng)大家分組討論，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證.

學(xué)生活動(dòng)：前面的演示實(shí)驗(yàn)作為基礎(chǔ)，學(xué)生選擇陰極射線管和蹄形磁鐵進(jìn)行實(shí)驗(yàn).在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)以下問題：①電子束無法打到熒光屏上；②磁場(chǎng)只有在某些方向才能引起電子的偏轉(zhuǎn)；③改變磁場(chǎng)的方向，電子束的偏轉(zhuǎn)方向發(fā)生變化.圍繞實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象，學(xué)生進(jìn)行總結(jié)：①當(dāng)磁場(chǎng)方向與電子運(yùn)動(dòng)方向平行時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷沒有力的作用；②當(dāng)磁場(chǎng)的方向垂直于電荷運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，采用左手定則所判斷的洛倫茲力方向與實(shí)際方向相反；③洛倫茲力的方向始終與電荷運(yùn)動(dòng)方向、與磁場(chǎng)方向垂直.

教師活動(dòng)：評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)總結(jié)，同時(shí)針對(duì)學(xué)生的結(jié)論②，引導(dǎo)思考：電子束定向移動(dòng)的方向等價(jià)于電流的方向嗎？進(jìn)一步提出疑問：如果電荷運(yùn)動(dòng)的方向與磁場(chǎng)方向不垂直，那么該如何處理？

學(xué)生活動(dòng)：在討論中，學(xué)生聯(lián)系到結(jié)論①和②的特殊情形（垂直和平行），由此得到啟示，可以將電荷的速度方向進(jìn)行分解，其與磁場(chǎng)平行的分量不產(chǎn)生洛倫茲力，其與磁場(chǎng)垂直的分量產(chǎn)生洛倫茲力，因此可以通過左手定則進(jìn)行判斷.

教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生感受三垂直的模型，體會(huì)磁場(chǎng)方向、電荷速度方向以及洛倫茲力方向之間的關(guān)系，由此幫助學(xué)生形成結(jié)論：洛倫茲力的方向一定垂直于磁場(chǎng)方向和電荷運(yùn)動(dòng)方向，但是電荷的運(yùn)動(dòng)方向不一定與磁場(chǎng)方向垂直，當(dāng)電荷速度方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，洛倫茲力最大，平行時(shí)，沒有洛倫茲力.

設(shè)計(jì)意圖：該模塊是本課的第二項(xiàng)探究任務(wù)，我們?cè)俅我龑?dǎo)學(xué)生循著“提出問題→科學(xué)猜想→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的探究順序完成洛倫茲力方向的規(guī)律探索.其中的重心是學(xué)生能在實(shí)驗(yàn)中自主探索，圍繞現(xiàn)象總結(jié)規(guī)律，教師則需要引導(dǎo)學(xué)生評(píng)價(jià)自我結(jié)論的正確性，促使學(xué)生深刻思考，形成完善結(jié)論.

教學(xué)片段2：洛倫茲力的大小.

教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生再次對(duì)比安培力與洛倫茲力的關(guān)聯(lián)，進(jìn)而提出問題：既然安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，我們是否可以通過安培力的表達(dá)式對(duì)洛倫茲力的表達(dá)式進(jìn)行推導(dǎo)呢？

學(xué)生活動(dòng)：結(jié)合教師播放的演示課件，建立物理模型：一通電導(dǎo)線長度為L、橫截面積為S、電流大小為I放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并且已知自由電子的電荷量為q、單位體積中自由電子的數(shù)量為n、定向移動(dòng)的速率為v.對(duì)照模型，學(xué)生展開以下推導(dǎo)：①磁場(chǎng)對(duì)這段導(dǎo)線的安培力為F安=BIL；②導(dǎo)線中自由電子的總數(shù)為N=nLs；電流的微觀表達(dá)式為I=nqvs；安培力為I=BnqvsL.③安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，因此有F洛=F安N=BnqvsLnLs=Bqv.

師：你們的結(jié)論是否在任何情形都可以使用？生：只有速度與磁場(chǎng)垂直的時(shí)候才可以使用；如果平行，則類似于安培力等于0.師：如果速度與磁場(chǎng)既不垂直，也不平行呢？生：可以分解速度或者是磁場(chǎng).

學(xué)生活動(dòng)：在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生完成洛倫茲力大小的規(guī)律探索，并得出結(jié)論：當(dāng)帶電粒子的速度與磁場(chǎng)垂直時(shí)，洛倫茲力大小為F洛=Bqv；若帶電粒子的速度與磁場(chǎng)平行，洛倫茲力大小為F洛=0；如果既不垂直、又不平行，則可以采用分解的方法求解洛倫茲力的大小.

設(shè)計(jì)意圖：教師通過課件模擬幫助學(xué)生建構(gòu)模型，從而幫助學(xué)生形成直觀的認(rèn)識(shí).