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磁場對運(yùn)動電荷的作用力 教學(xué)設(shè)計(jì) 一 教材分析 1 教材的地位和作用 本課選自 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書選修 3 1 第三章第五節(jié) 本節(jié)主要講述磁場對運(yùn)動電荷的作用力 洛倫茲力 從物 理學(xué)的角度來看 洛倫茲力公式是經(jīng)典電磁學(xué)理論的基本公式 它反映了場與運(yùn)動電荷的相互作用 使得電磁場理論的觸角延伸到粒 子物理以及電磁相互作用統(tǒng)一理論等現(xiàn)代物理的各個領(lǐng)域 從課程安排上看 本節(jié)課是在學(xué)完磁感應(yīng)強(qiáng)度 安培力等知識的基礎(chǔ)上 進(jìn)一步研究磁場對運(yùn)動電荷的作用力 因此教材安排本課在 磁場對通電導(dǎo)線作用 一節(jié)之后 深化學(xué)生對安培力的本質(zhì)理解 同時為 下章 電磁感應(yīng)定律 的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ) 所以本節(jié)課是本章乃至全書的重點(diǎn)內(nèi)容 2 教材教學(xué)內(nèi)容安排 本節(jié)課教材內(nèi)容安排 通過對 磁場對電流有作用力 和 電流是由電荷定向運(yùn)動形成的 這兩個事實(shí)提出假設(shè) 磁場對運(yùn)動 電荷有作用力 再通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假設(shè)的正確性 強(qiáng)調(diào) 提出問題 猜想假設(shè) 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 的探究過程 并由此提出洛倫茲力的物 理概念 之后 通過兩個探究得出洛倫茲力大小和方向跟哪些因素有關(guān) 如何判斷方向 如何求大小 最后介紹其應(yīng)用 特別強(qiáng)調(diào)在 電視機(jī)中顯像管的應(yīng)用 二 學(xué)情分析 1 在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前 學(xué)生已經(jīng)具備了力學(xué)及磁場的相關(guān)知識 特別是第四節(jié)磁場對通電導(dǎo)線的作用為洛倫茲力的學(xué)習(xí)奠定了 基礎(chǔ) 2 關(guān)于 提出問題 猜想假設(shè) 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 的科學(xué)探究方法 學(xué)生在必修一 二的學(xué)習(xí)過程中多次接觸 對其并不陌生 所以 本節(jié)課涉及科學(xué)探究方面的問題較容易展開 3 在認(rèn)知過程中易存在如下障礙 高二學(xué)生對于微觀粒子的運(yùn)動狀態(tài)不清晰 導(dǎo)致本節(jié)課洛倫茲力大小推導(dǎo)的教學(xué)過程產(chǎn)生困 難 三 教學(xué)目標(biāo) 1 知識與技能 通過實(shí)驗(yàn) 認(rèn)識洛倫茲力 會判斷洛倫茲力的方向 會計(jì)算洛倫茲力的大小 了解電子束的磁偏轉(zhuǎn)原理及其在科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用 2 過程與方法 經(jīng)歷洛倫茲力大小方向的探究過程 理解 提出問題 猜想假設(shè) 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 的科學(xué)探究過程 提高探究能力 通過對洛倫茲力大小的學(xué)習(xí) 加深建立物理模型在物理問題研究中的作用 通過運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)收集洛倫茲力應(yīng)用的資料 篩選信息 撰寫論文的過程 鍛煉自己收集整合資料的能力 3 情感態(tài)度價值觀 通過收集地磁場對地球保護(hù)作用的資料 撰寫論文的過程 體會地球的和諧與脆弱 激發(fā)保護(hù)環(huán)境的意識 通過對洛倫茲力方向及大小問題的科學(xué)探究過程 培養(yǎng)自己主動與他人合作的精神 增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)意識 通過對洛倫茲力在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用的學(xué)習(xí) 增強(qiáng)自己將物理知識應(yīng)用于生產(chǎn)生活實(shí)際的意識 四 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn) 1 教學(xué)重點(diǎn) 洛倫茲力與安培力的關(guān)系 洛倫茲力方向的判斷 大小的計(jì)算 2 教學(xué)難點(diǎn) 由安培力大小的計(jì)算公式推出洛倫茲力大小的計(jì)算公式 五 教學(xué)方法 本節(jié)課以 實(shí)驗(yàn)探究 方法為主 輔之以講授法 演示法 討論法等多種教學(xué)方法 教學(xué)中注重啟發(fā)學(xué)生的思維 培養(yǎng)學(xué)生間的 協(xié)作精神 加強(qiáng)師生間的雙向活動 教學(xué)方法選擇充分體現(xiàn) 學(xué)生主體 老師主導(dǎo) 的教學(xué)理念 力在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng) 1 實(shí)驗(yàn)探究法 通過 提出問題 猜想假設(shè) 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 的科學(xué)探究過程 引出本節(jié)課的新概念 洛倫茲力 得出洛倫茲力的方向 2 協(xié)作討論法 在分析推理洛倫茲力大小表達(dá)式 應(yīng)用洛倫茲力解決實(shí)際問題等實(shí)際過程中 采用協(xié)作討論方法 意在突破難點(diǎn)的過程中加強(qiáng)同 學(xué)合作意識 培養(yǎng)協(xié)作精神 提高科學(xué)素養(yǎng) 六 教學(xué)媒體 陰極射線管 條形磁鐵 洛倫茲力演示儀 計(jì)算機(jī) 黑板 教科書 七 教學(xué)過程設(shè)計(jì) 1 流程圖 2 具體教學(xué)過程分析 教學(xué)內(nèi)容 教師活動 學(xué)生活動 創(chuàng)設(shè)情景 引入新課 通過視頻 為同學(xué)們展示極光的 奇妙現(xiàn)象 引用英國科學(xué)雜志 自然 2004 年 4 月 11 日刊登 的一篇文章介紹對磁場對人類生 活的作用 文中介紹由于南極地 磁場的弱化 使得太陽的帶電粒 子穿透地磁場保護(hù) 造成人造衛(wèi) 星失事 進(jìn)一步推演 甚至引起 地球磁場的倒轉(zhuǎn) 醞釀巨大悲劇 觀看幻燈片 感受奇妙的物理現(xiàn)象 閱讀物理科普知識 腦海中生成疑 問 提起對本節(jié)課的學(xué)習(xí)興趣 教學(xué)設(shè)計(jì)分析 通過同學(xué)們很少見到但有確確實(shí)實(shí)存在的奇妙的或者是令人擔(dān)憂的物理現(xiàn)象 抓住學(xué)生的思維活躍點(diǎn) 激發(fā)學(xué)生的好奇心 使其產(chǎn)生求知欲 這屬于創(chuàng)設(shè)情景導(dǎo)入法 洛 倫 茲 力 為解決引題中的問題 開始本節(jié)課的 學(xué)習(xí) 提出問題 在上節(jié)課的學(xué)習(xí)過程中 我們知道電流在磁場中會受到安培力 的作用 那從微觀角度來講 電流的 實(shí)質(zhì)是什么 引導(dǎo)學(xué)生從電流的定義上來回答該問 題 對學(xué)生的回答給以評價 緊接著繼續(xù) 提問 提出問題 那磁場對運(yùn)動電荷是否也有作用力 對學(xué)生的猜想給以評價 針對同學(xué)們 的猜想 演示實(shí)驗(yàn) 首先介紹陰極射線管的原理 各部分 構(gòu)造 其次進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn) 引導(dǎo)學(xué)生 觀察思考得出結(jié)論 進(jìn)一步提出洛倫茲力的概念 磁場對 運(yùn)動電荷的作用力 回憶舊知識 得出 電流是由電 荷的定向移動形成的 通過思考 既然電流是由定向移動的電荷構(gòu) 成 那磁場對通電導(dǎo)線的作用力 在微觀上是否就可以理解為 猜想假設(shè) 磁場對運(yùn)動電荷有作用力 觀察實(shí)驗(yàn) 加入磁場后 電子束 發(fā)生偏振 得出磁場對運(yùn)動電荷 確實(shí)有作用力 教學(xué)設(shè)計(jì)分析 這是本節(jié)課第一個實(shí)驗(yàn)探究 也是非常關(guān)鍵的一個演示實(shí)驗(yàn) 通過 提出問題 猜想假設(shè) 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 的探究過程 讓肉眼看不見的電子顯示出運(yùn)動徑跡 激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲 引出本節(jié)課所學(xué)習(xí)的物理概念 洛 倫茲力 該實(shí)驗(yàn)是本節(jié)課的重點(diǎn)演示實(shí)驗(yàn) 可見度好 探究過程明了 易于同學(xué)們對抽象概念洛倫茲力形成直觀認(rèn)識 完成知識與技能 1 教師活動 學(xué)生活動洛 倫 茲 力 的 方 向 我們知道力是一個矢量 設(shè)問 一個矢量的學(xué)習(xí)要從哪些方面展 開呢 結(jié)合我們在必修中學(xué)過的 矢量 提出問題 同學(xué)們想一下 在上節(jié)課中我們 是如何確定安培力方向的 思考 回答問題 矢量的大小和方向 兩個方面 在老師引導(dǎo)下回憶安培力 F ILB 通 過左手定則來判斷方向 安培力的方向跟哪些因素有關(guān) 請同學(xué)們根據(jù)洛洛倫茲力的定義 猜想一下 洛倫茲力的方向又可 能跟哪些因素有關(guān)呢 對應(yīng)安培力 適當(dāng)提供引導(dǎo) 洛倫茲力的方向又該如何判斷呢 方向與電流方向有關(guān) 磁場方向有關(guān) 而電流方向又與電荷的運(yùn)動方向有關(guān) 洛倫茲力又是磁場對運(yùn)動電荷的作用 力 從而可以 猜想假設(shè) 磁場對電流的作用力實(shí)質(zhì)上就是是磁 場對運(yùn)動電荷作用力 也就是說洛倫 茲力可能與電荷的運(yùn)動方向 磁場方 向有關(guān) 在老師引導(dǎo)下 繼續(xù)猜想 安培力的 方向可以根據(jù)左手定則來判斷 洛倫 茲力是否也可以采用同樣方法 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 能否通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證我們的猜想 請同學(xué)分組討論 自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 過程 得出判斷洛倫茲力方向的方法 在同學(xué)上講臺展示實(shí)驗(yàn)方法的過 程中給予相關(guān)指導(dǎo) 聯(lián)系第一個實(shí)驗(yàn)探究 選擇實(shí)驗(yàn)儀器 陰極射線管 U 形磁鐵 設(shè)計(jì)本 實(shí)驗(yàn)過程 在進(jìn)行試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)各種問題 電子束打不到熒光屏上 磁場只有在某些方向上才能引起 電子束偏轉(zhuǎn) 改變磁場方向 電子束偏轉(zhuǎn)方向改 變 通過對各種情況歸納總結(jié) 得出結(jié)論 當(dāng)磁場方向平行于電子運(yùn)動方向時 磁場對運(yùn)動電荷沒有力的作用 當(dāng)磁場方向與電荷運(yùn)動方向垂直時 采用左手定則判斷出洛倫茲力的方向 于實(shí)際方向相反 發(fā)現(xiàn) 洛倫茲力方向始終垂直于磁 評價學(xué)生對各種情況的歸納總結(jié) 針對其中 引導(dǎo)學(xué)生針對陰極射 線管的原理 思考方向相反的原 因 陰極射線管中發(fā)射的是電子 針對 提問 如果磁場方向和電 荷運(yùn)動方向不垂直 我們又該如 何處理呢 場方向 電荷運(yùn)動方向 通過思考 回答老師設(shè)問 所以運(yùn)用左手定則四指應(yīng)該指向 正電荷運(yùn)動的方向 這樣就跟實(shí)驗(yàn)所 得相符了 有結(jié)論 可得可將磁場分解到平 行電荷運(yùn)動方向和垂直電荷運(yùn)動方向 平行電荷運(yùn)動方向不受洛倫茲力 垂 直電荷運(yùn)動方向可根據(jù)左手定則來判 斷 演示自制 三垂直 模型 傳輸三 者之間方向關(guān)系的直觀形象 從 而總結(jié)探究結(jié)論 洛倫茲力方向一定與磁場方向 電荷運(yùn)動方向垂直 但電荷運(yùn)動 方向可和磁場運(yùn)動方向成任意角 當(dāng)電荷運(yùn)動方向和磁場運(yùn)動方向 垂直時 洛倫茲力最大 平行時 洛倫茲力最小 為零 教學(xué)設(shè)計(jì)分析 這是本節(jié)課的第二個實(shí)驗(yàn)探究 通過 提出問題 猜想假設(shè) 實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證 得出洛倫茲力方向的判斷方法 其中同學(xué)們親自動手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 發(fā)現(xiàn)問題 解決問題 根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 總結(jié)規(guī)律 最后討論產(chǎn)生問題的原因 得出完整結(jié)論 在整個過程中 不斷地發(fā)現(xiàn)問題 解決問題 讓學(xué)生體會科學(xué)探究的艱辛 養(yǎng)成良 好的科學(xué)探究習(xí)慣 提高科學(xué)素養(yǎng) 洛 倫 茲 力 的 大 小 提出問題 我們知道磁場對通電導(dǎo) 線有作用力 本質(zhì)是磁場對運(yùn)動電 荷有作用力 正是磁場對運(yùn)動電荷 的合理構(gòu)成了磁場對通電導(dǎo)線的作 用力 那我們能否通過安培力的表 達(dá)式推導(dǎo)出洛倫茲力的表達(dá)式呢 動畫演示通電導(dǎo)體中電荷的運(yùn)動形 式 引導(dǎo)學(xué)生 建立模型 長為 L 截面積為 S 電流為 I 導(dǎo) 體在勻強(qiáng)磁場 B 中 一個帶電粒 子的帶電量為 q 單位體積帶電粒 子數(shù)為 n 定向移動速度 v v 和 B 的夾角為 評價學(xué)生的推導(dǎo)過程 并提問 在 此磁場方向與電荷運(yùn)動方向是垂直 的 那如果磁場方向與電荷運(yùn)動方 向成一定夾角 我們又該如何處理 不必得出 F 洛 Bqvcos 理解模型 腦海中形成對運(yùn)動電荷在 磁場中運(yùn)動狀態(tài)的清晰認(rèn)識 根據(jù)老師的引導(dǎo) 根據(jù)建立的模型 分組討論 學(xué)生分組活動 這段導(dǎo)線受到安培力 F 安 BIL 運(yùn)動電荷的總粒子數(shù) N nLs I nqvs F 安 BIL BnqvsL 由安培力可看作是所有運(yùn)動電荷所受 洛侖茲力的合力得出 一個定向運(yùn)動的帶電粒子受到的磁 場力為洛倫茲力 F 洛 Bqv 同學(xué)聯(lián)系洛倫茲力方向歸結(jié) 思考 可已將磁場分解到垂直電荷運(yùn)動方向 和平行電荷運(yùn)動方向 垂直方向 可 根據(jù) F 洛 Bqv 求解 平行方向上不受 洛倫茲力 得出結(jié)論 F 洛 Bqv B v 當(dāng)磁 場方向與電荷運(yùn)動方向成一定夾角時 可將磁場方向分解到垂直電荷運(yùn)動方 向和平行電荷運(yùn)動方向 平行電荷運(yùn) 動方向上不受洛倫茲力 教學(xué)設(shè)計(jì)分析 這是本節(jié)課的難點(diǎn) 采取建立物理模型的思維方法 有利于學(xué)生 直觀理解 通過合作式討論的學(xué)習(xí)方法 避免了難點(diǎn)問題成為老師講解或優(yōu)秀學(xué)生 的推導(dǎo)表演 此種方法能充分發(fā)揮學(xué)生的聰明才智 培養(yǎng)他們合作克服困難的能力 磁場 對運(yùn) 動電 荷作 用力 的應(yīng) 用 1 課件展示應(yīng)用洛倫茲力原理 的高科技產(chǎn)品 磁流體發(fā)電機(jī) 質(zhì)譜儀 回 旋加速器等 讓同學(xué)體驗(yàn)該 部分內(nèi)容在高科技領(lǐng)域中的 廣泛應(yīng)用 2 請同學(xué)們閱讀課本 運(yùn)用洛 倫茲力的知識 分組討論 得出電視機(jī)顯像管的工作原 理 嘗試解決如下問題 幻燈 片展示 如果電子束打在熒光屏 A 點(diǎn)和 B 點(diǎn) 磁場應(yīng)該分別沿 什么方向 要使電子打在熒光屏上的 位置由 B 逐漸向 A 點(diǎn)移動 磁場該怎樣變化 3 在自然界中 極光現(xiàn)象 提問 到現(xiàn)在 同學(xué)們能否 為我們課堂開始時提到的極 光問題做一個合理的解釋呢 重放錄像并提示 極光只 是出現(xiàn)在地球南北極 多媒 體課件展示地磁場的分布 4 根據(jù)課堂開始我們引用的 自然 雜志上的發(fā)現(xiàn) 提 問 同學(xué)們能否解釋 為什 么地磁場變?nèi)鯐鹛栔?的帶電粒子穿越大氣層 從 而對我們的生活產(chǎn)生危害么 觀看課件 讓同學(xué)體驗(yàn)物理知識應(yīng)用 閱讀課本 討論 解決問題 2 回看引題錄像 結(jié)合地磁場 分析 極光現(xiàn)象 思考解決問題 體會地磁場對對球生 命所起的莫大的保護(hù)作用 教學(xué)設(shè)計(jì)分析 這部分內(nèi)容是對物理知識的技術(shù)應(yīng)用 充分體現(xiàn) STS 教學(xué)理念 針對應(yīng)用問題的科普性 采用閱讀資料 組內(nèi)討論 加錄像展示的方法 提高學(xué)生 的學(xué)習(xí)興趣 此種學(xué)習(xí)方式 融本節(jié)課的重點(diǎn)知識鞏固于實(shí)際應(yīng)用 符合新課標(biāo)教 改理念 布置 作業(yè) 通過互聯(lián)網(wǎng)或者其它方式收集資料 整合信息 了解洛倫茲力在現(xiàn)代科 技與人類生活中的作用 體會地磁場對地球生命的保護(hù)作用 并將自己的發(fā) 現(xiàn)或者體驗(yàn)以小論文的形成呈現(xiàn)出來 教學(xué)設(shè)計(jì)分析 該過程的設(shè)計(jì)意圖在于體現(xiàn)三維教學(xué)目標(biāo)情感態(tài)度價值觀目標(biāo) 在收集資料 撰寫科學(xué)論文的過程中 體會科技的力量 樹立從事科學(xué)研究的人生 志向 體會我們生活的地球的和諧與脆弱 激發(fā)保護(hù)環(huán)境的意識 九 板書設(shè)計(jì)