2019-2020年高中物理 磁場對運動電荷的作用力教案 新人教版選修1.doc

2019-2020年高中物理 磁場對運動電荷的作用力教案 新人教版選修1【教學設計思路】普通高中課程標準實驗教科書物理選修31第三章第五節(jié)磁場對運動電荷的作用力既是安培力知識的延續(xù)，又是下一節(jié)帶電粒子在勻強磁場中的運動的鋪墊。高二的學生已具有一定的觀察能力和邏輯推理能力，對現(xiàn)象猜想理論推導實驗驗證等科學研究方法有一定的基礎，本節(jié)課通過實驗創(chuàng)設各種問題情景、引導，激發(fā)學生學習的興趣，促進學生思維。學生通過討論，體驗科學探究的方法和過程，對物理知識能有進一步的理解，從而把傳授知識與能力的培養(yǎng)有機的結(jié)合在一起，讓學生掌握分析研究物理的基本方法與技能，為日后的學習及進行其它問題探究奠定基礎?！窘虒W目標】1知識與技能：知道什么是洛倫茲力，會判斷洛倫茲力的方向；知道洛倫茲力大小的推導過程；會利用本節(jié)課學的知識簡單解釋電視顯像管的工作原理。2過程與方法：通過對安培力微觀本質(zhì)的猜測，培養(yǎng)學生的聯(lián)想和猜測能力；通過推導洛倫茲力的公式，培養(yǎng)學生的邏輯推理能力；通過演示實驗，培養(yǎng)學生的觀察能力。3情感態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)學生的科學思維和研究方法，引導學生觀察、分析、推理能力。【教學重點、難點】重點：洛倫茲力方向的判斷方法和洛倫茲力大小計算。難點：洛倫茲力計算公式的推導過程。【實驗器材及教學媒體的選擇與使用】陰極射線管、電子感應圈、多媒體投影系統(tǒng)【教學方法】講授法、實驗法、討論法。【教學過程】引入：展示美麗的極光圖片，觀看神奇的極光短片。請問這些美麗的極光一般出現(xiàn)在什么區(qū)域？（地球的南、北極地區(qū)）極光是來自大氣外的宇宙射線（即一束束高速帶電粒子流）撞擊大氣中的粒子（氧、氮原子），使之電離發(fā)光。從四面八方射向地球的帶電粒子，只有南北兩極附近的粒子可以到達地球，其余的粒子則由于受到地球磁場的作用運動方向發(fā)生了改變，無法到達地球。帶電粒子在地球磁場的作用下運動方向為什么會發(fā)生了改變？一、引導學生猜想：磁場對運動電荷有力的作用設計思想：學生對宇宙的秘密比較向往，通過極光的圖片、短片，吸引學生的注意力，激起疑問，引發(fā)思考，從而創(chuàng)設良好的教學情景導入課題。能否用學過的知識支持我們的猜想？引導學生復習：安培力磁場對通電導線（電流）的作用力電流由電荷的定向移動形成的磁場對通電導線的安培力可能是作用在大量運動電荷上的作用力的宏觀表現(xiàn)設計思想：使學生對安培力和洛倫茲力的關系有一定的心理預期，為洛倫茲力的方向和大小的探究打下伏筆。用實驗驗證猜想：演示實驗并介紹實驗原理（1）陰極射線管介紹：燈絲加熱放出電子，電子在加速電場的作用下高速運動形成的電子流。電子轟擊到“7”字型長條的熒光屏上，激發(fā)熒光，顯示電子束的運動軌跡。（2）演示：在沒有外磁場時，電子束沿直線運動提問：電子束的直線運動說明了什么？電子不受力的作用。將蹄形磁鐵靠近電子射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運動軌跡發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。提問：電子束的偏轉(zhuǎn)說明了什么？電子受到力的作用。（3）結(jié)論：磁場對運動電荷有力的作用，猜想成立。磁場對運動電荷有力的作用叫洛倫茲力。之所以叫洛倫茲力是為了紀念荷蘭物理學家洛倫茲。洛倫茲力既然是一個力，那我們應該研究它的什么呢？方向、大小。二、洛倫茲力的方向研究1再次觀看演示實驗，改變磁場方向，分析實驗現(xiàn)象，引導學生猜想洛倫茲力的方向跟什么因素有關？2引導學生思考安培力與洛倫茲力之間的關系：電流是由定向運動的電荷所形成的，安培力是作用在運動電荷上的力（洛倫茲力）的宏觀表現(xiàn)。提出猜想：洛倫茲力的方向可能可以用左手定則判定實驗驗證：進一步觀察電子束垂直進入磁場時的偏轉(zhuǎn)，并改變磁場方向。在黑板上作圖表示，驗證洛倫茲力的方向是否可以用左手定則判定。設計思想：體現(xiàn)物理是以實驗為基礎的學科，科學實驗是揭示自然規(guī)律的重要方法和手段。培養(yǎng)學生科學研究最基本的思維方法：分析推理猜想實驗驗證得出結(jié)論。引導學生總結(jié)洛倫茲力的方向的判斷左手定則的具體內(nèi)容：伸開左手，使大拇指和其余四指垂直且處于同一平面內(nèi)，把手放入磁場中，讓磁感線穿入手心，若四指指向正電荷運動的方向，那么拇指所指的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向，若四指指向是負電荷運動的反方向，那么拇指所指的方向就是負電荷所受洛倫茲力的方向。（強調(diào)：四指指向是負電荷運動的反方向）三、洛倫茲力大小的探究安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，兩者方向判斷方法相同，大小是否也存在某種聯(lián)系？能否通過電流受到的安培力導出運動電荷受到的洛倫茲力的大小呢？點撥學生：建立物理模型，注意分析問題情景的關鍵點。問題情景：設有一段橫截面積為S的通電導線，單位體積中含有的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量為q，定向移動的平均速率為v，取時間t內(nèi)電荷經(jīng)過的長度對應的導體為研究對象（應先建立物理模型（教材圖353），再循序漸進有條理地推導，這一個過程可放手讓學生完成，體現(xiàn)學習的自主性。）1在時間t內(nèi)的通過截面的粒子數(shù)為多少？（N=nvSt）2算出q與電流I的關系？（I=nqvS）3導線垂直于磁場方向放入磁感應強度為B的勻強磁場中，導線受到的安培力有多大？（F安=BIL）4安培力F安可以看做是作用在每個運動電荷上的洛倫茲力F的合力，則每個電荷所受的洛倫茲力多大？（F洛=qvB）設計思想：這是本課的難點，結(jié)合教材中的思考與討論、根據(jù)學生的認識規(guī)律將復雜問題簡單化，設置四個小問題讓學生依次去探究，這樣就為生學生提供解決問題的邏輯線索，降低解決問題的難度，鍛煉學生的邏輯推理能力。在推理過程中，滲透宏觀世界與微觀世界的聯(lián)系，以及解決物理問題的一種思想（通過設置一些中間量，最后將其消掉得出我們所需要的結(jié)論）。（巡視學生推導情況并進行根據(jù)實際情況，進行個別指導點評學生的成果，并進一步引導學生分析結(jié)論）提問：該公式F洛=qvB的適用條件是什么？（電荷的運動方向與磁場方向垂直）當vB時，F(xiàn)洛=0（類比安培力，BL時F安=0）學生思維發(fā)散：當v與B既不垂直，又不平行時，洛倫茲力的大小又如何求？（處理方法類比安培力：將磁感強度或速度分解，設當粒子運動方向與磁感應強度方向成時，F(xiàn)洛=qvBsin。此問題教學大綱不做要求，有興趣的同學課下再探討。）設計思想：將安培力和洛倫茲力的大小關系作比，既能自然地推倒出洛倫茲力的大小問題，又能將洛倫茲力和安培力的處理方法有效統(tǒng)一，提高教學效率。四、洛倫茲力的實際應用理論來自于實踐，更要服務于實踐。1既然我們已經(jīng)知道的洛倫茲力大小和方向的判斷方法，請學生試著分析地磁場對宇宙射線的阻擋作用和極光為什么總是出現(xiàn)在兩極？（地磁場對直射地球的宇宙射線的阻擋作用在赤道附近最強，兩極地區(qū)最弱）。同時可請兩位學生分別扮演地球和從宇宙射來的帶電粒子，模擬帶電粒子在地磁場作用下的偏轉(zhuǎn)情況。設計思想：聯(lián)系實際，照應開頭。學生的角色扮演一方面可活躍課堂氣氛，另一方面有利于學生的空間判斷能力的培養(yǎng)。2電視顯像管的工作原理（1）原理：應用電子束磁偏轉(zhuǎn)的道理。（2）構(gòu)造：由電子槍（陰極）、偏轉(zhuǎn)線圈、熒光屏等組成，介紹各部分的作用。按照課本“思考與討論”，學生分組討論，得出結(jié)論。設計思想：學生分組討論電視顯像管的工作情況，即是對磁場對運動電荷的作用的一種具體應用，也能讓學生與課本、學生與學生間充分對話，培養(yǎng)學生運用知識和總結(jié)規(guī)律的能力?！菊n堂小結(jié)】（讓學生去總結(jié)本節(jié)課的主要內(nèi)容）安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，洛倫茲力是安培力微觀表現(xiàn)。洛倫茲力的方向：左手定則洛倫茲力大?。弘姾傻倪\動方向與磁場方向垂直，F(xiàn)洛=qvB電荷的運動方向與磁場方向平行，F(xiàn)洛=0當v與B既不垂直，又不平行時，F(xiàn)洛=qvBsin【課外探究，發(fā)散思維】讓學生根據(jù)所本節(jié)所學的知識去探究生活和科技中還有哪些應用洛倫茲力的例子，課后進行交流。這樣設計可以增強學生學習的興趣，開闊學生的視野，使學生的思維得到發(fā)散?！窘虒W反思】1教學各項目標基本完成。2分析推理猜想實驗驗證得出結(jié)論是科學研究最基本的思維方法，要給學生更多的思維空間，探究層次還可深入些。3課堂處理過程要注意關鍵位置的引導，還應更關注學生的個體差異。4在今后教學中多設置探究題目，讓學生探究得出結(jié)論，培養(yǎng)學生自主學習的能力，提高教學效率。