12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)期物理人教版選擇性

《磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力》教學(xué)設(shè)計(jì)【教材分析】本節(jié)課選自人民教育出版社選擇性必修第二冊(cè)，第一章”安培力與洛倫茲力”本節(jié)課主要講解磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力，即洛倫茲力。這包括洛倫茲力的定義、方向判斷（左手定則）、大小計(jì)算以及洛倫茲力在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用實(shí)例。教材通過(guò)理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方式，讓學(xué)生深入理解洛倫茲力的本質(zhì)和特性。對(duì)于《磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力》這一節(jié)，教材可先通過(guò)提出問(wèn)題，如“磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線有作用力，那么磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷是否也有作用力呢？”，激發(fā)學(xué)生的探究欲望。然后介紹洛倫茲力的定義，通過(guò)理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方式，讓學(xué)生掌握洛倫茲力的方向判斷方法和大小計(jì)算公式。在思考與討論的中，設(shè)置了顯像管原理的示意圖，加深學(xué)生對(duì)洛倫茲力的理解，并了解其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。最后進(jìn)行總結(jié)提升，鞏固所學(xué)知識(shí)。在科學(xué)漫步環(huán)節(jié)給出了“正電子的發(fā)現(xiàn)”素材，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課外思考。教材注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)，讓學(xué)生親手操作、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而直觀感受磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力。這種教學(xué)方式有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望，提高學(xué)習(xí)效果。教材在推導(dǎo)洛倫茲力公式的過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)邏輯推理和模型構(gòu)建的方法。通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生從宏觀的安培力公式推導(dǎo)出微觀的洛倫茲力公式，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和模型構(gòu)建能力。教材不僅關(guān)注知識(shí)的傳授和技能的培養(yǎng)，還注重科學(xué)態(tài)度與價(jià)值觀的培養(yǎng)。通過(guò)介紹洛倫茲力在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)物理知識(shí)與科學(xué)技術(shù)的緊密結(jié)合關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和研究方法，以及理論聯(lián)系實(shí)際、解決實(shí)際問(wèn)題的能力?！緦W(xué)情分析】磁場(chǎng)基礎(chǔ)知識(shí)：學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了磁場(chǎng)的產(chǎn)生、磁感線、磁感應(yīng)強(qiáng)度等基本概念，對(duì)磁場(chǎng)有了初步的認(rèn)識(shí)和理解。安培力：學(xué)生已經(jīng)掌握了磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力——安培力的相關(guān)知識(shí)，包括安培力的大小計(jì)算公式、方向判斷方法等。這些知識(shí)為學(xué)習(xí)洛倫茲力提供了必要的鋪墊。力學(xué)和電學(xué)基礎(chǔ)：學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了力學(xué)和電學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，如牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)量定理、電場(chǎng)力等，這些知識(shí)對(duì)于理解洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用至關(guān)重要。知識(shí)接受能力強(qiáng)：高二學(xué)生經(jīng)過(guò)一年的高中物理學(xué)習(xí)，已經(jīng)具備了一定的物理學(xué)科素養(yǎng)和邏輯思維能力，對(duì)于新知識(shí)的接受能力強(qiáng)。好奇心強(qiáng)：高二學(xué)生正處于青春期，對(duì)未知世界充滿好奇，喜歡探究事物的本質(zhì)和規(guī)律。因此，通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示和理論推導(dǎo)相結(jié)合的教學(xué)方式，可以很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望。抽象思維逐漸發(fā)展：高二學(xué)生的抽象思維逐漸發(fā)展成熟，能夠從具體現(xiàn)象中抽象出一般規(guī)律。因此，在教學(xué)過(guò)程中要注重培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力，引導(dǎo)他們從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中抽象出洛倫茲力的概念和規(guī)律?！竞诵乃仞B(yǎng)目標(biāo)】1.知道什么是洛倫茲力，會(huì)用左手定則判斷洛倫茲力的方向。（物理觀念）2.知道安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。（物理觀念）3.會(huì)計(jì)算垂直于磁場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的帶電粒子受到的洛倫茲力的大小。（科學(xué)思維）4.通過(guò)觀察、分析、推理、實(shí)驗(yàn)，體會(huì)科學(xué)研究的思維方法：推理猜想實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。（科學(xué)探究）5.經(jīng)歷洛倫茲力公式的推導(dǎo)過(guò)程。（科學(xué)探究）6.通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，掌握左手定則判斷洛倫茲力方向的方法。（科學(xué)探究）7.增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)探究及運(yùn)動(dòng)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。（科學(xué)態(tài)度與責(zé)任）【學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)】重點(diǎn)：洛倫茲力方向的判斷；洛倫茲力大小的計(jì)算。難點(diǎn)：洛倫茲力公式的推導(dǎo)和驗(yàn)證【學(xué)習(xí)方法】體驗(yàn)式、啟發(fā)式、交流分享、自主學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)相結(jié)合。【學(xué)生活動(dòng)】一．新課引入通過(guò)前面幾節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)掌握了磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力安培力，請(qǐng)同學(xué)們思考以幾個(gè)問(wèn)題。（1）如果導(dǎo)線不通電，磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)線還會(huì)產(chǎn)生安培力嗎？（2）為什么磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線產(chǎn)生安培力，而對(duì)不通電導(dǎo)線不產(chǎn)生安培力呢？（3）導(dǎo)線中的電流是怎樣形成的？二．課堂教學(xué)任務(wù)1：探究磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷是否有力的作用【提出問(wèn)題】磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有作用力嗎？【合理猜想】安培力是磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力，通電導(dǎo)線是電流的載體，而電流是由電荷的定向移動(dòng)形的，磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的安培力可能是作用在大量運(yùn)動(dòng)電荷上的力的宏觀表現(xiàn)，也就是說(shuō)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電可能有力的作用?！緦?shí)驗(yàn)驗(yàn)證】實(shí)驗(yàn)序號(hào)磁場(chǎng)方向電子受力偏轉(zhuǎn)方向電子運(yùn)動(dòng)方向介紹陰極射線管：它是一個(gè)真空管，兩極間加高電壓，從陰極發(fā)射出來(lái)的電子，在壓作用下，加速向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)形成電子束，途中撞擊到長(zhǎng)條形熒光屏上產(chǎn)生熒光效應(yīng)，顯示電子束的運(yùn)動(dòng)軌跡。教師用條形磁鐵靠近真空管，發(fā)現(xiàn)電子的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有作用力，猜想正確。任務(wù)2：探究判斷洛倫茲力方向的方法【實(shí)驗(yàn)探究】將U形磁鐵按照以下方式放置，觀察電子束的偏轉(zhuǎn)方向。（1）N極在外，S極在里；（2）N極在里，S極在外（3）N極在上，S極在下；（4）N極在下，S極在上【實(shí)驗(yàn)結(jié)果】通過(guò)之前的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)掌握了判斷安培力方向的方法左手定則：伸開(kāi)左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)；讓磁感線從掌心垂直進(jìn)入，并使四指指向電流的方向，這時(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向。通電導(dǎo)線中的電流是由大量電荷的定向移動(dòng)形成的，磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力是否也遵循左手定則呢？【討論與交流】引導(dǎo)學(xué)生自主思考和小組討論，并總結(jié)出磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作磁場(chǎng)方向電子受力偏轉(zhuǎn)方向電子運(yùn)動(dòng)方向用力的方向也遵循左手定則。伸開(kāi)左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)；讓磁感線從掌心垂直進(jìn)入，并使四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向，這時(shí)拇指所指的方向就是運(yùn)動(dòng)的正電荷在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力的方向。例題.(洛倫茲力方向）試判斷圖中的帶電粒子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)所受的洛倫茲力的方向,其中垂直于紙面指向紙里的是()參考答案C任務(wù)3：探究洛倫茲力的表達(dá)式【提出問(wèn)題】：如何由通電導(dǎo)線受到的安培力的表達(dá)式推導(dǎo)出帶電粒子受到的洛倫茲力的表達(dá)式？【創(chuàng)設(shè)情境】設(shè)有一段長(zhǎng)為L(zhǎng)、橫截面積為S的直導(dǎo)線，單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷的電荷量為q，自由電荷定向移動(dòng)的速率為v，通電導(dǎo)線垂直放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。例題：(電子束的磁偏轉(zhuǎn))如圖所示,電子槍發(fā)射電子經(jīng)加速后沿虛線方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域(圖中圓內(nèi)),沿圖中實(shí)線方向射出磁場(chǎng),最后打在屏上P點(diǎn),則磁場(chǎng)的方向可能為()A.垂直于紙面向外B.垂直于紙面向內(nèi)C.平行于紙面向上D.平行于紙面向右參考答案A【理論推導(dǎo)】（1）電流強(qiáng)度I；（2）通電導(dǎo)線所受的安培力；（3）這段導(dǎo)線內(nèi)的自由電荷數(shù)；（4）每個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷所受的洛倫茲力。導(dǎo)線中的電流為I=nqSv;；所受到的安培力F=ILB=nqSvLB;；運(yùn)動(dòng)電荷的總數(shù)為N=nSL；單個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷所受到的作用力為，亦F洛=FN即洛倫茲力大小為F洛【歸納總結(jié)】（1）洛倫茲力的大小與哪些因素有關(guān)？（2）運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中是否一定受洛倫茲力的作用？（3）公式F洛=qvB成立的條件是什么？（4）你能寫(xiě)出洛倫茲力的一般表達(dá)式嗎？若此電子不垂直射入磁場(chǎng)，電子受到的洛倫茲力又如何呢？F＝qvBsinθ，θ為電荷運(yùn)動(dòng)的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角：①當(dāng)θ＝90°時(shí)，v⊥B，sinθ＝1，F(xiàn)＝qvB，即運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)垂直時(shí)洛倫茲力最大。②當(dāng)v∥B時(shí)，θ＝0°，sinθ＝0，F(xiàn)＝0，即運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)平行時(shí)，不受洛倫茲力。③當(dāng)電荷靜止于磁場(chǎng)中時(shí)（v=0）:F洛＝0(即靜止電荷不受洛倫茲力)洛倫茲力的大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度B、運(yùn)動(dòng)電荷的電荷量q、運(yùn)動(dòng)電荷的運(yùn)動(dòng)速度v有關(guān)，與速度v和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向間的夾角θ有關(guān)；當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向平行時(shí)，運(yùn)動(dòng)電荷不受洛倫茲力；公式成立的條件是運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直；洛倫茲力的一般表達(dá)形式F洛=qvBsinθ為速度v的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向間的夾角。提問(wèn)1：洛倫茲力與安培力有什么區(qū)別和聯(lián)系？生：洛倫茲力是安培力的微觀形式，計(jì)算的是單個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷所受磁場(chǎng)力的大小；安培力則是大量運(yùn)電荷在磁場(chǎng)中受到合力的宏觀表現(xiàn)。師（補(bǔ)充）：安培力可以對(duì)通電導(dǎo)線做功，由于洛倫茲力的方向總是與運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向垂直，若改變帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向，不改變帶電粒子速度的大小，洛倫茲力永遠(yuǎn)不做功。思考1：洛倫茲力對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)能起到什么作用？洛倫茲力對(duì)電荷不做功,只改變粒子速度的方向，不改變粒子速度的大小思考2：洛倫茲力與安培力之間有什么聯(lián)系和區(qū)別呢三．課后作業(yè)1.演示實(shí)驗(yàn)：是安培力還是洛倫茲力使液體旋轉(zhuǎn)起來(lái)了呢？2.閱讀材料并思考極光，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激發(fā)其發(fā)光產(chǎn)生光芒，形成極光。請(qǐng)思考，為什么極光總是發(fā)生在地球南北兩極？【評(píng)價(jià)任務(wù)】在本次關(guān)于磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷作用力的教學(xué)中，通過(guò)精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、理論推導(dǎo)和討論交流環(huán)節(jié)，整體教學(xué)效果顯著，達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。一．教學(xué)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)大部分學(xué)生能夠準(zhǔn)確理解磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷存在作用力的概念，并能夠通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行驗(yàn)證。學(xué)生對(duì)洛倫茲力的方向判斷方法（左手定則）掌握得較為熟練，能夠在不同磁場(chǎng)和電荷運(yùn)動(dòng)方向下正確判斷洛倫茲力的方向。通過(guò)理論推導(dǎo)，學(xué)生對(duì)洛倫茲力的大小與哪些因素有關(guān)有了深入的理解，并能夠?qū)懗雎鍌惼澚Φ囊话惚磉_(dá)式。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)觀察能力和操作技能得到了提升，能夠準(zhǔn)確記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并進(jìn)行分析。學(xué)生的邏輯思維能力和數(shù)學(xué)運(yùn)算能力在理論推導(dǎo)過(guò)程中得到了鍛煉和提升。通過(guò)討論與交流，學(xué)生的合作精神和交流能力得到了加強(qiáng)。二、教學(xué)亮點(diǎn)與成效1.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證直觀有效：陰極射線管實(shí)驗(yàn)直觀展示了磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，有助于學(xué)生快速理解并接受磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷存在作用力的概念。理論推導(dǎo)邏輯清晰：通過(guò)逐步引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)出洛倫茲力的表達(dá)式，使學(xué)生理解了公式的來(lái)源和含義，加深了對(duì)洛倫茲力的理解。理論推導(dǎo)過(guò)程中注重培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和數(shù)學(xué)運(yùn)算能力，為學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。討論與交流充分：引導(dǎo)學(xué)生自主思考和小組討論，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表自己的觀點(diǎn)和看法，培養(yǎng)了學(xué)生的合作精神和交流能力。討論與交流環(huán)節(jié)使學(xué)生對(duì)洛倫茲力的方向判斷方法有了更深入的理解，同時(shí)也鍛煉了學(xué)生的口頭表達(dá)能力和批判性思維。三、持續(xù)改進(jìn)方向盡管本次教學(xué)效果顯著，但仍存在一些可以持續(xù)改進(jìn)的方向：加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)探究的深度和廣度：可以設(shè)計(jì)更多不同條件下的實(shí)驗(yàn)情境，讓學(xué)生觀察不同磁場(chǎng)強(qiáng)度、電荷速度等因素對(duì)洛倫茲力的影響，從而更全面地理解洛倫茲力的性質(zhì)。鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。優(yōu)化理論推導(dǎo)過(guò)程：在理論推導(dǎo)過(guò)程中，可以適當(dāng)增加一些中間步驟的講解和示例，以幫助學(xué)生更好地理解推導(dǎo)過(guò)程。可以引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)類(lèi)比、歸納等方法自主推導(dǎo)出洛倫茲力的表達(dá)式，以培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和歸納總結(jié)能力。加強(qiáng)課后作業(yè)與課堂內(nèi)容的銜接：課后作業(yè)應(yīng)與課堂內(nèi)容緊密銜接，設(shè)計(jì)一些與課堂所學(xué)知識(shí)相關(guān)的練習(xí)題和思考題，以鞏固課堂所學(xué)知識(shí)并提高學(xué)生的應(yīng)用能力。可以鼓勵(lì)學(xué)生將課堂所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際生活中，解決一些與磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷作用力相關(guān)的問(wèn)題，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和解決問(wèn)題的能力。綜上所述，本次教學(xué)效果顯著，達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。在未來(lái)的教學(xué)中，我將繼續(xù)努力優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，提高教學(xué)質(zhì)量，為學(xué)生的全面發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。附【練習(xí)】1.(洛倫茲力的大?。┤鐖D所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直于紙面向外,質(zhì)量為m、電荷量為q的小球在傾角為α的光滑斜面上由靜止開(kāi)始下滑。帶電小球下滑后某個(gè)時(shí)刻對(duì)斜面的壓力恰好為零。(1)小球的帶電性質(zhì)如何?(2)此時(shí)小球下滑的速度和位移分別為多大?2.(洛倫茲力的大?。┵|(zhì)量為m、電荷量為q的微粒,以速度v與水平方向成45°角進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)同時(shí)存在的空間,如圖所示,微粒