磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力 教學(xué)設(shè)計(jì) 高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第二冊(cè)

教學(xué)設(shè)計(jì)

課程基本信息課題磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力教學(xué)目標(biāo)1.通過(guò)對(duì)自然現(xiàn)象的分析和解釋?zhuān)瑢W(xué)生能發(fā)現(xiàn)洛倫茲力的存在。2.通過(guò)理論探究任務(wù)，學(xué)生能利用安培力研究洛倫茲力的存在、方向，能建立模型分析洛倫茲力的大小，能體會(huì)這種宏觀(guān)與微觀(guān)的聯(lián)系。3.通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究任務(wù)，學(xué)生能經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程和獲得證據(jù)，能解釋洛倫茲力的存在，能判斷洛倫茲力的方向。4.通過(guò)解決自然和生活問(wèn)題，學(xué)生能鞏固知識(shí)，能體驗(yàn)物理學(xué)自然美、邏輯美和實(shí)用的美。教學(xué)內(nèi)容教學(xué)重點(diǎn)：1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論探究，認(rèn)識(shí)和應(yīng)用左手定則判斷洛倫茲力方向。2.建立物理模型，理論推導(dǎo)洛倫茲力大小的表達(dá)式。

教學(xué)難點(diǎn)：1.在較為復(fù)雜的實(shí)際情境下應(yīng)用洛倫茲力知識(shí)解釋現(xiàn)象和解決問(wèn)題。教學(xué)過(guò)程（一）自然情境——引入新課1.播放視頻：美麗的極光引起思考：在哪能看到這種美景？極光發(fā)生在地球兩極的原因是什么？2.任務(wù)：閱讀資料，概括極光發(fā)生在地球南北兩極的原因。極光，是一種絢麗多彩的發(fā)光現(xiàn)象，其多發(fā)在地球南北兩極附近地區(qū)的高空，在夜間呈現(xiàn)出燦爛美麗的光輝。其發(fā)生是由于太陽(yáng)帶電粒子流（太陽(yáng)風(fēng)）進(jìn)入地球磁場(chǎng)。地球磁場(chǎng)迫使其中一部分帶電粒子沿著磁感線(xiàn)集中到南北兩極，當(dāng)他們進(jìn)入極地的高層大氣時(shí)，與大氣中的原子和分子碰撞并激發(fā)其產(chǎn)生光芒，形成極光。（選自百度百科）抓住極光發(fā)生在南北兩極的關(guān)鍵因素：地球磁場(chǎng)、帶電粒子。引入課題：運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力。設(shè)計(jì)意圖：利用極光的自然美吸引學(xué)生的注意。提供文字資料并提出問(wèn)題幫助學(xué)生抓住研究問(wèn)題的核心關(guān)鍵，將實(shí)際問(wèn)題抽象為物理問(wèn)題，引入本課主題。這個(gè)過(guò)程提供給學(xué)生關(guān)于運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受力的感性認(rèn)識(shí)，同時(shí)能帶動(dòng)學(xué)生深入思考，產(chǎn)生疑惑，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。（二）磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用1.問(wèn)題：之前學(xué)習(xí)過(guò)的內(nèi)容，哪些知識(shí)可能對(duì)今天的研究會(huì)有幫助？2.理論探究：“通電導(dǎo)線(xiàn)”，的關(guān)鍵是“通電”。電流是電荷的定向運(yùn)動(dòng)形成的。宏觀(guān)上磁場(chǎng)對(duì)電流有力的作用，微觀(guān)上磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷也有力的作用。3.任務(wù)：用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷是否有力的作用。介紹陰極射線(xiàn)管。提供條形磁鐵，邀請(qǐng)一些學(xué)生參與演示實(shí)驗(yàn)（讓學(xué)生戴上絕緣手套，并強(qiáng)調(diào)操作安全）。讓其他學(xué)生觀(guān)察不同學(xué)生的操作方式及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。根據(jù)學(xué)生的演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提問(wèn)：磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷是否有力的作用？這種作用可能與什么因素有關(guān)？4.介紹物理學(xué)家洛倫茲的貢獻(xiàn)，運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力叫做洛倫茲力。設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生從已有的安培力的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，找到電流（宏觀(guān)）與運(yùn)動(dòng)電荷（微觀(guān)）的聯(lián)系，通過(guò)理論分析認(rèn)識(shí)到運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受力的作用，為后續(xù)的理論探究提供思路。通過(guò)陰極射線(xiàn)管實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證之前學(xué)生理論分析的結(jié)果——運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中會(huì)受到力。讓學(xué)生參與到演示實(shí)驗(yàn)中，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的探究熱情，讓學(xué)生獲得洛倫茲力真實(shí)的體驗(yàn)和探究的成就感。不同學(xué)生的操作方式不同，獲得不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以為后續(xù)研究洛倫茲力的方向提供感性認(rèn)識(shí)材料。（三）洛倫茲力的方向1.任務(wù)：如何利用條形磁鐵，使陰極射線(xiàn)管中的電子向下偏轉(zhuǎn)。請(qǐng)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的想法，并解釋這樣操作的原因。2.歸納方法:左手定則。再次明確安培力與洛倫茲的宏觀(guān)與微觀(guān)的關(guān)系，讓學(xué)生注意研究對(duì)象是運(yùn)動(dòng)的電荷，所以四指指向正電荷的運(yùn)動(dòng)方向或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向。3.任務(wù)：利用左手定則解釋實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象。（1）演示實(shí)驗(yàn)：條形磁鐵磁極沿著電子束運(yùn)動(dòng)方向靠近電子束。（磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與電子運(yùn)動(dòng)方向幾乎平行）。觀(guān)察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。學(xué)生解釋電子軌跡不偏轉(zhuǎn)的原因。從安培力的學(xué)習(xí)中尋找理論依據(jù)。歸納結(jié)論：v∥B時(shí)，電荷不受洛倫茲力。（2）電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度既不平行，也不垂直，分析洛倫茲力的方向。圖一歸納結(jié)論：安培力方向既與電流方向垂直又與磁場(chǎng)方向垂直，即垂直于電流和磁場(chǎng)所在的平面。洛倫茲力不能改變速度大小，只能改變速度方向。洛倫茲力不做功。圖一4.應(yīng)用問(wèn)題：1932年，美國(guó)物理學(xué)家安德森拍下了宇宙射線(xiàn)中一未知粒子通過(guò)強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)的徑跡照片。已知該粒子由上向下運(yùn)動(dòng)，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里。（1）這個(gè)粒子帶何種電荷？（2）這個(gè)粒子的徑跡與電子的徑跡十分相似，只是偏轉(zhuǎn)方向相反。你認(rèn)為這可能是一種怎樣的粒子。設(shè)計(jì)意圖：利用具體的實(shí)驗(yàn)任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)生思考洛倫茲力的方向問(wèn)題，在完成教學(xué)任務(wù)的同時(shí)能維持學(xué)生的探究興趣，使學(xué)生能在真實(shí)實(shí)驗(yàn)情境中學(xué)習(xí)和思考。利用演示實(shí)驗(yàn)儀器提供真實(shí)的情境，利用安培力方向特點(diǎn)分析洛倫茲力的方向特點(diǎn)，學(xué)生能體驗(yàn)通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論兩種手段研究物理問(wèn)題的過(guò)程。不斷提問(wèn)促使學(xué)生能越來(lái)越清晰的認(rèn)識(shí)安培力（宏觀(guān)）與洛倫茲力（微觀(guān)）的關(guān)系。在應(yīng)用知識(shí)的過(guò)程中，學(xué)生能體會(huì)洛倫茲力對(duì)物理學(xué)發(fā)展的重要作用。（四）洛倫茲力的大小1.問(wèn)題：洛倫茲力的大小與什么因素有關(guān)？任務(wù)：如何利用安培力的大小研究某一電荷受到的洛倫茲力大?。繉W(xué)生建立理想模型,并推導(dǎo)洛倫茲力的表達(dá)式。讓推導(dǎo)思路清晰的同學(xué)展示推導(dǎo)過(guò)程。2.歸納：v⊥B，F(xiàn)=qvBv∥B，F(xiàn)=03.問(wèn)題：靠近地球的帶電粒子在地磁場(chǎng)中受到洛倫茲力大小和方向是怎樣的？引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)際問(wèn)題抽象為物理模型和物理問(wèn)題。利用運(yùn)動(dòng)的分解知識(shí)推導(dǎo)粒子速度與磁感應(yīng)強(qiáng)度夾角為θ時(shí)洛倫茲大小的表達(dá)式。利用運(yùn)動(dòng)分解的方法，解釋極光只發(fā)生在地球南北兩極附近地區(qū)的原因。設(shè)計(jì)意圖：因此抓住宏觀(guān)與微觀(guān)相聯(lián)系的線(xiàn)索，讓學(xué)生先嘗試自己建立理論探究洛倫茲力大小的物理模型，完成推導(dǎo)過(guò)程，學(xué)生能獲得較大的成就感。利用極光這一實(shí)際問(wèn)題，學(xué)生能利用運(yùn)動(dòng)分解的方法，推導(dǎo)洛倫茲力的表達(dá)式和解釋自然現(xiàn)象，能體會(huì)物理與生活的聯(lián)系。（五）電子束的磁偏轉(zhuǎn)1.問(wèn)題：如圖所示，顯像管中電子槍工作時(shí)可以發(fā)射電子，熒光屏被電子束撞擊的位置能夠發(fā)光。電子從電子槍射出時(shí)速度指向熒光屏正中O點(diǎn)。解釋顯像管控制電子束能撞擊熒光屏不同位置使整個(gè)熒光屏發(fā)光的原因。設(shè)計(jì)意圖：電視機(jī)顯像管的工作原理是洛倫茲力的一個(gè)技術(shù)應(yīng)用。以顯像管