洛倫茲力的應(yīng)用+作業(yè)設(shè)計方案 高二下學(xué)期物理教科版（2019）選擇性必修第二冊

《洛倫茲力的應(yīng)用》作業(yè)設(shè)計方案一、作業(yè)設(shè)計的目標(biāo)洛倫茲力是磁場對運動電荷的作用力，這部分知識比較抽象但非常重要。作業(yè)設(shè)計的主要目標(biāo)首先是讓學(xué)生理解洛倫茲力的概念、大小、方向等基礎(chǔ)知識，并且能夠熟練運用公式進(jìn)行計算。其次呢，要讓學(xué)生通過作業(yè)深入理解洛倫茲力在實際生活中的各種應(yīng)用，像回旋加速器、質(zhì)譜儀這些儀器的原理。最后，希望能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，讓他們學(xué)會從物理原理去分析和解決實際問題。就拿我之前教過的一個班級來說吧，有個叫小剛的學(xué)生，他對物理實驗特別感興趣。每次上物理實驗課的時候，他都特別積極，眼睛里總是閃爍著好奇的光芒。在學(xué)習(xí)洛倫茲力這部分知識之前，他就老問我一些關(guān)于磁場和電荷的問題，比如“磁場是不是到處都有啊”“電荷為啥會受到力的作用呢”。但是當(dāng)真正開始學(xué)習(xí)洛倫茲力的時候，他就有點懵了，尤其是在理解洛倫茲力方向的判斷和公式的運用上。所以啊，這部分作業(yè)要是設(shè)計得好，就能讓像小剛這樣的學(xué)生對洛倫茲力有更透徹的理解。二、作業(yè)類型與內(nèi)容1、基礎(chǔ)型作業(yè)（1）概念鞏固讓學(xué)生用自己的話描述洛倫茲力的定義，不少于50個字。比如說，洛倫茲力就是磁場對運動電荷的作用力，這個力和電荷的電量、運動速度、磁場的磁感應(yīng)強度都有關(guān)系呢。在描述的時候，要把這些關(guān)鍵要素都包含進(jìn)去。填空：洛倫茲力的大小公式為F＝（），其中q表示（），v表示（），B表示（）。這可以幫助學(xué)生牢記洛倫茲力大小的計算公式以及公式中每個字母所代表的物理量。（2）方向判斷給出一些簡單的情景，讓學(xué)生判斷洛倫茲力的方向。例如，一個正電荷以速度v垂直進(jìn)入磁場B中，讓學(xué)生用左手定則判斷洛倫茲力的方向。并且要詳細(xì)寫出判斷的步驟，就像先伸出左手，讓磁感線垂直穿過手心，四指指向正電荷運動的方向，那么大拇指所指的方向就是洛倫茲力的方向。選擇題：下面關(guān)于洛倫茲力方向判斷正確的是（）。A選項是按照錯誤的方法判斷的，B選項是在特殊情況下的錯誤判斷，C選項是正確的判斷方法，D選項是混淆了洛倫茲力和安培力方向判斷的情況。通過這樣的選擇題，可以讓學(xué)生在對比中更好地掌握洛倫茲力方向判斷的正確方法。2、拓展型作業(yè)（1）公式應(yīng)用計算題：一個電子以速度v＝3×10?m/s垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強度為B＝0.5T的勻強磁場中，求電子所受到的洛倫茲力的大小。在解題過程中，要求學(xué)生寫出已知條件、所用公式、代入數(shù)據(jù)的過程以及最后的答案。這樣可以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕忸}習(xí)慣。簡答題：如果一個帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動，洛倫茲力提供向心力，請推導(dǎo)其運動半徑r和周期T的公式。這就需要學(xué)生對洛倫茲力和向心力的知識有很好的整合能力，并且能夠進(jìn)行公式推導(dǎo)。（2）實際案例分析讓學(xué)生分析回旋加速器的工作原理。要求畫出簡單的原理圖，并且在圖上標(biāo)注出洛倫茲力在其中的作用。比如，在回旋加速器中，帶電粒子在磁場中受到洛倫茲力的作用做圓周運動，通過電場不斷加速。學(xué)生要能夠把這個過程詳細(xì)地描述出來。講述質(zhì)譜儀是如何利用洛倫茲力來測定粒子的質(zhì)量的。學(xué)生要從粒子在磁場中的運動軌跡、洛倫茲力與其他力的關(guān)系等方面進(jìn)行闡述。3、探究型作業(yè)（1）實驗設(shè)計假設(shè)給學(xué)生提供一些基本的實驗器材，如磁鐵、帶電粒子源、可調(diào)節(jié)電場的裝置等，讓學(xué)生設(shè)計一個簡單的實驗來驗證洛倫茲力的存在和方向。要求寫出實驗步驟、預(yù)期的實驗現(xiàn)象以及如何根據(jù)現(xiàn)象得出結(jié)論。小剛對這個作業(yè)就特別上心，他設(shè)計的實驗步驟特別詳細(xì)。他先把帶電粒子源固定好，然后調(diào)整磁鐵的位置，讓磁場方向垂直于粒子的運動方向。他預(yù)期的實驗現(xiàn)象是帶電粒子會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并且根據(jù)粒子偏轉(zhuǎn)的方向就可以用左手定則驗證洛倫茲力的方向。（2）科技小論文讓學(xué)生查閱資料，寫一篇關(guān)于洛倫茲力在現(xiàn)代科技中的新應(yīng)用的科技小論文。字?jǐn)?shù)要求不少于800字。學(xué)生需要去搜索洛倫茲力在像磁流體發(fā)電、電子顯微鏡等新科技中的應(yīng)用，然后進(jìn)行整理和分析，闡述其原理和重要性。三、作業(yè)難度分層1、對于學(xué)習(xí)能力較弱的學(xué)生重點完成基礎(chǔ)型作業(yè)。在概念鞏固作業(yè)中，如果描述洛倫茲力定義有困難，可以先從課本上找一些關(guān)鍵句子進(jìn)行組合。在方向判斷作業(yè)中，多做一些簡單的例題，并且老師可以給予一對一的指導(dǎo)，比如針對左手定則的使用，手把手地教他們?nèi)绾螖[放手指。在做基礎(chǔ)型的選擇題和填空題時，可以允許他們多參考課本知識點。2、對于中等學(xué)習(xí)能力的學(xué)生在完成基礎(chǔ)型作業(yè)的基礎(chǔ)上，要認(rèn)真做好拓展型作業(yè)。在公式應(yīng)用的計算題中，要求計算準(zhǔn)確無誤，并且能夠?qū)τ嬎憬Y(jié)果進(jìn)行簡單的分析。在簡答題的公式推導(dǎo)中，要步驟完整、邏輯清晰。在實際案例分析作業(yè)中，能夠準(zhǔn)確地畫出原理圖，并且對原理的闡述要條理清楚。3、對于學(xué)習(xí)能力較強的學(xué)生要高質(zhì)量地完成基礎(chǔ)型和拓展型作業(yè)，并且在探究型作業(yè)中有更深入的探索。在實驗設(shè)計作業(yè)中，除了完成基本的要求外，還可以對實驗進(jìn)行改進(jìn)，比如如何提高實驗的準(zhǔn)確性，如何減少外界因素的干擾等。在科技小論文作業(yè)中，要求論文內(nèi)容豐富、有自己的觀點，并且能夠?qū)β鍌惼澚υ谖磥砜萍及l(fā)展中的應(yīng)用進(jìn)行一定的展望。四、作業(yè)評價方式1、教師評價（1）對于基礎(chǔ)型作業(yè)，在概念鞏固方面，主要看學(xué)生對洛倫茲力定義的描述是否準(zhǔn)確全面。如果描述完整且有條理，就給予表揚，比如寫個“定義描述得很準(zhǔn)確，不錯！”對于填空作業(yè)，檢查答案是否正確，如果全對就打個勾，有錯誤的話就圈出來讓學(xué)生改正。在方向判斷作業(yè)中，查看學(xué)生判斷的結(jié)果是否正確，以及判斷步驟是否詳細(xì)準(zhǔn)確。如果步驟完整且結(jié)果正確，就在旁邊畫個小五角星。（2）對于拓展型作業(yè)，在公式應(yīng)用的計算題中，檢查計算過程是否準(zhǔn)確，答案是否正確，單位是否正確。如果計算過程清晰、答案準(zhǔn)確、單位無誤，就給予較高的分?jǐn)?shù)。在簡答題的公式推導(dǎo)中，看推導(dǎo)的邏輯是否嚴(yán)謹(jǐn)，步驟是否完整。如果推導(dǎo)過程完美，就寫上“推導(dǎo)很精彩！”在實際案例分析作業(yè)中，評價原理圖是否正確，原理闡述是否清晰準(zhǔn)確。如果原理圖準(zhǔn)確且闡述清楚，就給予肯定的評語，像“對回旋加速器原理分析得很到位！”（3）對于探究型作業(yè)，在實驗設(shè)計作業(yè)中，評價實驗步驟是否合理可行，預(yù)期現(xiàn)象是否合理，結(jié)論是否正確。如果實驗設(shè)計很有創(chuàng)意，就特別表揚，比如“這個實驗設(shè)計很獨特，非常棒！”在科技小論文作業(yè)中，評價論文的內(nèi)容是否豐富，資料是否準(zhǔn)確，觀點是否新穎。如果論文質(zhì)量高，就給予優(yōu)秀的等級。2、學(xué)生自評引導(dǎo)學(xué)生對自己的作業(yè)進(jìn)行自我評價。在完成基礎(chǔ)型作業(yè)后，讓學(xué)生自己檢查概念的描述是否準(zhǔn)確，填空答案是否正確，方向判斷是否有誤。在拓展型作業(yè)中，學(xué)生自己思考公式應(yīng)用是否熟練，簡答題的推導(dǎo)是否有漏洞，實際案例分析是否全面。在探究型作業(yè)中，自己評估實驗設(shè)計是否可行，科技小論文是否達(dá)到自己的預(yù)期。3、學(xué)生互評組織學(xué)生進(jìn)行作業(yè)互評。讓學(xué)生交換作業(yè)，互相評價。在互評的基礎(chǔ)上型作業(yè)時，互相學(xué)習(xí)對方對概念的理解和表述方式。在拓展型作業(yè)中，學(xué)習(xí)別人公式推導(dǎo)的思路和實際案例分析的角度。在探究型作業(yè)中，互相交流實驗設(shè)計的創(chuàng)意和科技小論文的寫作經(jīng)驗。通過這樣的作業(yè)設(shè)計方案，希望能夠讓學(xué)生在學(xué)習(xí)洛倫茲力的應(yīng)用這部分知識的時候，不僅掌握了知識，還能提高各種能力，就像小剛一樣，從最初的困惑到后來能夠設(shè)計出合理的實驗，對洛倫茲力有了更深入的理解，在課堂上也更加積極主動地回答問題，帶動了整個班級的學(xué)習(xí)氛圍呢。1、書面作業(yè)的細(xì)化（1）基礎(chǔ)型書面作業(yè)概念鞏固書面作業(yè)：洛倫茲力定義描述要求學(xué)生不能簡單地照抄課本，要對課本中的定義進(jìn)行理解和加工。例如，要從洛倫茲力與磁場、運動電荷之間的關(guān)系入手，描述洛倫茲力是如何產(chǎn)生的，它與電荷的運動狀態(tài)以及磁場的特性有怎樣的關(guān)聯(lián)。在描述過程中，學(xué)生如果能夠舉一些簡單的例子，如電子在磁場中的運動受到洛倫茲力，就更好了。對于填空作業(yè)，除了填寫正確的公式和物理量外，還可以讓學(xué)生簡要說明每個物理量的單位以及它們之間的數(shù)量關(guān)系。方向判斷書面作業(yè)：在給出情景讓學(xué)生判斷洛倫茲力方向時，可以增加一些復(fù)雜一點的情景，比如電荷的運動方向與磁場方向成一定角度（非垂直情況），這就需要學(xué)生先將速度分解，然后再根據(jù)左手定則判斷洛倫茲力的方向。在寫判斷步驟的時候，要求學(xué)生詳細(xì)解釋每一步的依據(jù)，比如為什么要將速度分解，分解后的速度分量在判斷洛倫茲力方向時起到了什么作用。選擇題的設(shè)計也可以更加多樣化，除了直接考查方向判斷的正誤外，還可以考查在不同坐標(biāo)系下洛倫茲力方向的表示，或者是在多個電荷同時存在時洛倫茲力的合成方向判斷。（2）拓展型書面作業(yè)公式應(yīng)用書面作業(yè)：在計算題中，除了常規(guī)的已知速度、磁感應(yīng)強度和電荷量求洛倫茲力大小外，還可以增加一些條件，如粒子在磁場中運動一段時間后改變了運動方向，然后再求洛倫茲力大小。這就要求學(xué)生要根據(jù)新的運動方向重新確定洛倫茲力的大小。在解題過程中，要求學(xué)生對每一步的計算進(jìn)行解釋，為什么要這樣計算，依據(jù)是什么。簡答題的公式推導(dǎo)要求學(xué)生不僅要推導(dǎo)出運動半徑r和周期T的公式，還要對推導(dǎo)過程中的每一個等式進(jìn)行物理意義的解釋。例如，在推導(dǎo)r＝mv／qB時，要解釋mv是粒子的動量，為什么洛倫茲力提供向心力時可以得到這個等式，以及這個等式在實際物理情景中的意義。實際案例分析書面作業(yè)：在分析回旋加速器的工作原理時，除了畫出原理圖和標(biāo)注洛倫茲力的作用外，還要求學(xué)生分析回旋加速器的能量限制因素，以及如何通過改進(jìn)設(shè)計來提高粒子的能量。在講述質(zhì)譜儀測定粒子質(zhì)量的原理時，讓學(xué)生推導(dǎo)根據(jù)粒子在磁場中的運動軌跡計算粒子質(zhì)量的公式，并分析在實際操作中可能影響測量精度的因素。（3）探究型書面作業(yè)實驗設(shè)計書面作業(yè)：在要求學(xué)生設(shè)計驗證洛倫茲力存在和方向的實驗時，可以讓學(xué)生詳細(xì)分析實驗中可能存在的誤差來源，并提出減小誤差的方法。例如，在使用可調(diào)節(jié)電場的裝置時，電場的不均勻性可能會對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響，學(xué)生要分析這種影響的大小以及如何通過改進(jìn)裝置或者實驗方法來減小這種影響。同時，要求學(xué)生對實驗結(jié)果進(jìn)行誤差分析，給出實驗結(jié)果的不確定度范圍?？萍夹≌撐臅孀鳂I(yè)：在寫關(guān)于洛倫茲力在現(xiàn)代科技中的新應(yīng)用的科技小論文時，要求學(xué)生按照科學(xué)論文的格式進(jìn)行撰寫，包括摘要、引言、正文、結(jié)論和參考文獻(xiàn)。在正文部分，要對洛倫茲力的新應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的原理分析，并且與傳統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行對比，分析其優(yōu)勢和不足。在結(jié)論部分，要對洛倫茲力在現(xiàn)代科技發(fā)展中的地位和前景進(jìn)行展望。同時，要求學(xué)生對參考文獻(xiàn)的引用要規(guī)范，不能隨意抄襲。2、口頭作業(yè)的設(shè)計（1）基礎(chǔ)型口頭作業(yè)讓學(xué)生互相提問洛倫茲力的概念和方向判斷方法。例如，一個學(xué)生問另一個學(xué)生：“一個負(fù)電荷以斜向上的速度進(jìn)入水平向右的磁場中，洛倫茲力的方向怎么判斷？”被提問的學(xué)生要當(dāng)場回答，并且用左手定則演示判斷的過程。這樣可以加強學(xué)生對洛倫茲力概念和方向判斷的記憶，同時也提高了他們的口頭表達(dá)能力。要求學(xué)生用自己的話簡單講述洛倫茲力大小公式F＝qvB的推導(dǎo)過程。學(xué)生可以在小組內(nèi)進(jìn)行講述，其他小組成員可以進(jìn)行補充或者糾正。這有助于學(xué)生理解公式的來源，而不是單純地死記硬背。（2）拓展型口頭作業(yè)組織學(xué)生進(jìn)行小組討論回旋加速器和質(zhì)譜儀的工作原理。每個小組的成員要輪流發(fā)言，闡述自己對這兩種儀器工作原理的理解，包括洛倫茲力在其中的關(guān)鍵作用。然后小組內(nèi)進(jìn)行總結(jié)，形成一個比較完整的解釋，再向全班同學(xué)匯報。通過這種小組討論和匯報的形式，可以提高學(xué)生的合作學(xué)習(xí)能力和邏輯思維能力。讓學(xué)生選取一個洛倫茲力在實際生活中的應(yīng)用實例，如磁懸浮列車，然后向全班同學(xué)講述磁懸浮列車中洛倫茲力是如何實現(xiàn)列車懸浮的。在講述過程中，要求學(xué)生語言通順、邏輯清晰，并且能夠回答其他同學(xué)提出的相關(guān)問題。（3）探究型口頭作業(yè)讓學(xué)生在課堂上分享自己設(shè)計的驗證洛倫茲力存在和方向的實驗思路。在分享過程中，要詳細(xì)說明實驗的創(chuàng)新點以及可能遇到的困難。其他同學(xué)可以提出建議和意見，共同完善這個實驗設(shè)計。這可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，同時也讓他們學(xué)會從不同的角度思考問題。要求學(xué)生簡要介紹自己在寫科技小論文過程中遇到的最大困難以及是如何解決的。這不僅可以讓學(xué)生回顧自己的學(xué)習(xí)過程，還可以給其他同學(xué)提供一些學(xué)習(xí)經(jīng)驗。3、實踐作業(yè)的安排（1）基礎(chǔ)型實踐作業(yè)讓學(xué)生利用身邊的材料制作一個簡單的模型來演示洛倫茲力的方向。例如，可以用小磁針代表磁場方向，用帶有電荷的小球（可以用靜電吸附的方式給小球帶上電荷）代表運動電荷，然后通過移動小球來觀察小磁針的偏轉(zhuǎn)方向，從而演示洛倫茲力的方向。在制作和演示過程中，學(xué)生要記錄自己的操作過程和觀察結(jié)果，并且分析這個模型的優(yōu)缺點。布置學(xué)生去尋找生活中與洛倫茲力有關(guān)的現(xiàn)象，并拍攝照片或者錄制短視頻。然后在課堂上展示自己找到的現(xiàn)象，并簡單解釋其中洛倫茲力的原理。比如，有的學(xué)生可能會拍攝到電視機的電子槍發(fā)射電子在磁場中偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，或者是一些磁療儀器周圍的磁場對帶電粒子的作用現(xiàn)象。（2）拓展型實踐作業(yè)組織學(xué)生分組進(jìn)行一個小型的回旋加速器原理演示實驗。雖然不能完全模擬真正的回旋加速器，但是可以通過一些簡單的器材，如圓形的磁場區(qū)域（可以用電磁鐵制作）、帶電粒子（可以用離子源產(chǎn)生）、加速電場（可以用高壓電源和極板制作）等來演示帶電粒子在回旋加速器中的加速過程。在實驗過程中，學(xué)生要記錄粒子的運動軌跡、速度變化等數(shù)據(jù)，并且分析這些數(shù)據(jù)與理論計算的差異。讓學(xué)生自己設(shè)計并制作一個簡易的質(zhì)譜儀模型。在制作過程中，學(xué)生要深入理解質(zhì)譜儀的工作原理，包括離子源、加速電場、磁場等部分的作用。制作完成后，要對模型進(jìn)行測試，并且分析測試結(jié)果與理論預(yù)期的差距。（3）探究型實踐作業(yè)鼓勵學(xué)生開展一個關(guān)于洛倫茲力在磁流體發(fā)電中的應(yīng)用的探究實踐活動。學(xué)生可以查閱相關(guān)資料，了解磁流體發(fā)電的原理和現(xiàn)狀，然