“磁場對運動電荷的作用力”教學設計

磁場對運動電荷的作用力 教學設計 一 教材分析 1 教材的地位和作用 本課選自 普通高中課程標準實驗教科書選修 3 1 第三章第五節(jié) 本節(jié)主要講述磁場對運動電荷的作用力 洛倫茲力 從物 理學的角度來看 洛倫茲力公式是經(jīng)典電磁學理論的基本公式 它反映了場與運動電荷的相互作用 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)代物理的各個領域 從課程安排上看 本節(jié)課是在學完磁感應強度 安培力等知識的基礎上 進一步研究磁場對運動電荷的作用力 因此教材安排本課在 磁場對通電導線作用 一節(jié)之后 深化學生對安培力的本質(zhì)理解 同時為 下章 電磁感應定律 的學習打下基礎 所以本節(jié)課是本章乃至全書的重點內(nèi)容 2 教材教學內(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動形成的 這兩個事實提出假設 磁場對運動 電荷有作用力 再通過實驗驗證假設的正確性 強調(diào) 提出問題 猜想假設 實驗驗證 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 如何判斷方向 如何求大小 最后介紹其應用 特別強調(diào)在 電視機中顯像管的應用 二 學情分析 1 在學習本節(jié)課之前 學生已經(jīng)具備了力學及磁場的相關知識 特別是第四節(jié)磁場對通電導線的作用為洛倫茲力的學習奠定了 基礎 2 關于 提出問題 猜想假設 實驗驗證 的科學探究方法 學生在必修一 二的學習過程中多次接觸 對其并不陌生 所以 本節(jié)課涉及科學探究方面的問題較容易展開 3 在認知過程中易存在如下障礙 高二學生對于微觀粒子的運動狀態(tài)不清晰 導致本節(jié)課洛倫茲力大小推導的教學過程產(chǎn)生困 難 三 教學目標 1 知識與技能 通過實驗 認識洛倫茲力 會判斷洛倫茲力的方向 會計算洛倫茲力的大小 了解電子束的磁偏轉原理及其在科學技術中的應用 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 實驗驗證 的科學探究過程 提高探究能力 通過對洛倫茲力大小的學習 加深建立物理模型在物理問題研究中的作用 通過運用互聯(lián)網(wǎng)收集洛倫茲力應用的資料 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)保護環(huán)境的意識 通過對洛倫茲力方向及大小問題的科學探究過程 培養(yǎng)自己主動與他人合作的精神 增強團隊意識 通過對洛倫茲力在現(xiàn)實生活中應用的學習 增強自己將物理知識應用于生產(chǎn)生活實際的意識 四 教學重點和難點 1 教學重點 洛倫茲力與安培力的關系 洛倫茲力方向的判斷 大小的計算 2 教學難點 由安培力大小的計算公式推出洛倫茲力大小的計算公式 五 教學方法 本節(jié)課以 實驗探究 方法為主 輔之以講授法 演示法 討論法等多種教學方法 教學中注重啟發(fā)學生的思維 培養(yǎng)學生間的 協(xié)作精神 加強師生間的雙向活動 教學方法選擇充分體現(xiàn) 學生主體 老師主導 的教學理念 力在培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng) 1 實驗探究法 通過 提出問題 猜想假設 實驗驗證 的科學探究過程 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式 應用洛倫茲力解決實際問題等實際過程中 采用協(xié)作討論方法 意在突破難點的過程中加強同 學合作意識 培養(yǎng)協(xié)作精神 提高科學素養(yǎng) 六 教學媒體 陰極射線管 條形磁鐵 洛倫茲力演示儀 計算機 黑板 教科書 七 教學過程設計 1 流程圖 2 具體教學過程分析 教學內(nèi)容 教師活動 學生活動 創(chuàng)設情景 引入新課 通過視頻 為同學們展示極光的 奇妙現(xiàn)象 引用英國科學雜志 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 造成人造衛(wèi) 星失事 進一步推演 甚至引起 地球磁場的倒轉 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)課的學習興趣 教學設計分析 通過同學們很少見到但有確確實實存在的奇妙的或者是令人擔憂的物理現(xiàn)象 抓住學生的思維活躍點 激發(fā)學生的好奇心 使其產(chǎn)生求知欲 這屬于創(chuàng)設情景導入法 洛 倫 茲 力 為解決引題中的問題 開始本節(jié)課的 學習 提出問題 在上節(jié)課的學習過程中 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 實質(zhì)是什么 引導學生從電流的定義上來回答該問 題 對學生的回答給以評價 緊接著繼續(xù) 提問 提出問題 那磁場對運動電荷是否也有作用力 對學生的猜想給以評價 針對同學們 的猜想 演示實驗 首先介紹陰極射線管的原理 各部分 構造 其次進行演示實驗 引導學生 觀察思考得出結論 進一步提出洛倫茲力的概念 磁場對 運動電荷的作用力 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 成 那磁場對通電導線的作用力 在微觀上是否就可以理解為 猜想假設 磁場對運動電荷有作用力 觀察實驗 加入磁場后 電子束 發(fā)生偏振 得出磁場對運動電荷 確實有作用力 教學設計分析 這是本節(jié)課第一個實驗探究 也是非常關鍵的一個演示實驗 通過 提出問題 猜想假設 實驗驗證 的探究過程 讓肉眼看不見的電子顯示出運動徑跡 激發(fā)學生的好奇心和求知欲 引出本節(jié)課所學習的物理概念 洛 倫茲力 該實驗是本節(jié)課的重點演示實驗 可見度好 探究過程明了 易于同學們對抽象概念洛倫茲力形成直觀認識 完成知識與技能 1 教師活動 學生活動洛 倫 茲 力 的 方 向 我們知道力是一個矢量 設問 一個矢量的學習要從哪些方面展 開呢 結合我們在必修中學過的 矢量 提出問題 同學們想一下 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 請同學們根據(jù)洛洛倫茲力的定義 猜想一下 洛倫茲力的方向又可 能跟哪些因素有關呢 對應安培力 適當提供引導 洛倫茲力的方向又該如何判斷呢 方向與電流方向有關 磁場方向有關 而電流方向又與電荷的運動方向有關 洛倫茲力又是磁場對運動電荷的作用 力 從而可以 猜想假設 磁場對電流的作用力實質(zhì)上就是是磁 場對運動電荷作用力 也就是說洛倫 茲力可能與電荷的運動方向 磁場方 向有關 在老師引導下 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 實驗驗證 能否通過實驗驗證我們的猜想 請同學分組討論 自己設計實驗 過程 得出判斷洛倫茲力方向的方法 在同學上講臺展示實驗方法的過 程中給予相關指導 聯(lián)系第一個實驗探究 選擇實驗儀器 陰極射線管 U 形磁鐵 設計本 實驗過程 在進行試驗過程中發(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 改變磁場方向 電子束偏轉方向改 變 通過對各種情況歸納總結 得出結論 當磁場方向平行于電子運動方向時 磁場對運動電荷沒有力的作用 當磁場方向與電荷運動方向垂直時 采用左手定則判斷出洛倫茲力的方向 于實際方向相反 發(fā)現(xiàn) 洛倫茲力方向始終垂直于磁 評價學生對各種情況的歸納總結 針對其中 引導學生針對陰極射 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 荷運動方向不垂直 我們又該如 何處理呢 場方向 電荷運動方向 通過思考 回答老師設問 所以運用左手定則四指應該指向 正電荷運動的方向 這樣就跟實驗所 得相符了 有結論 可得可將磁場分解到平 行電荷運動方向和垂直電荷運動方向 平行電荷運動方向不受洛倫茲力 垂 直電荷運動方向可根據(jù)左手定則來判 斷 演示自制 三垂直 模型 傳輸三 者之間方向關系的直觀形象 從 而總結探究結論 洛倫茲力方向一定與磁場方向 電荷運動方向垂直 但電荷運動 方向可和磁場運動方向成任意角 當電荷運動方向和磁場運動方向 垂直時 洛倫茲力最大 平行時 洛倫茲力最小 為零 教學設計分析 這是本節(jié)課的第二個實驗探究 通過 提出問題 猜想假設 實驗 驗證 得出洛倫茲力方向的判斷方法 其中同學們親自動手設計實驗 發(fā)現(xiàn)問題 解決問題 根據(jù)實驗現(xiàn)象 總結規(guī)律 最后討論產(chǎn)生問題的原因 得出完整結論 在整個過程中 不斷地發(fā)現(xiàn)問題 解決問題 讓學生體會科學探究的艱辛 養(yǎng)成良 好的科學探究習慣 提高科學素養(yǎng) 洛 倫 茲 力 的 大 小 提出問題 我們知道磁場對通電導 線有作用力 本質(zhì)是磁場對運動電 荷有作用力 正是磁場對運動電荷 的合理構成了磁場對通電導線的作 用力 那我們能否通過安培力的表 達式推導出洛倫茲力的表達式呢 動畫演示通電導體中電荷的運動形 式 引導學生 建立模型 長為 L 截面積為 S 電流為 I 導 體在勻強磁場 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 評價學生的推導過程 并提問 在 此磁場方向與電荷運動方向是垂直 的 那如果磁場方向與電荷運動方 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 腦海中形成對運動電荷在 磁場中運動狀態(tài)的清晰認識 根據(jù)老師的引導 根據(jù)建立的模型 分組討論 學生分組活動 這段導線受到安培力 F 安 BIL 運動電荷的總粒子數(shù) N nLs I nqvs F 安 BIL BnqvsL 由安培力可看作是所有運動電荷所受 洛侖茲力的合力得出 一個定向運動的帶電粒子受到的磁 場力為洛倫茲力 F 洛 Bqv 同學聯(lián)系洛倫茲力方向歸結 思考 可已將磁場分解到垂直電荷運動方向 和平行電荷運動方向 垂直方向 可 根據(jù) F 洛 Bqv 求解 平行方向上不受 洛倫茲力 得出結論 F 洛 Bqv B v 當磁 場方向與電荷運動方向成一定夾角時 可將磁場方向分解到垂直電荷運動方 向和平行電荷運動方向 平行電荷運 動方向上不受洛倫茲力 教學設計分析 這是本節(jié)課的難點 采取建立物理模型的思維方法 有利于學生 直觀理解 通過合作式討論的學習方法 避免了難點問題成為老師講解或優(yōu)秀學生 的推導表演 此種方法能充分發(fā)揮學生的聰明才智 培養(yǎng)他們合作克服困難的能力 磁場 對運 動電 荷作 用力 的應 用 1 課件展示應用洛倫茲力原理 的高科技產(chǎn)品 磁流體發(fā)電機 質(zhì)譜儀 回 旋加速器等 讓同學體驗該 部分內(nèi)容在高科技領域中的 廣泛應用 2 請同學們閱讀課本 運用洛 倫茲力的知識 分組討論 得出電視機顯像管的工作原 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 點和 B 點 磁場應該分別沿 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 讓同學體驗物理知識應用 閱讀課本 討論 解決問題 2 回看引題錄像 結合地磁場 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作用 教學設計分析 這部分內(nèi)容是對物理知識的技術應用 充分體現(xiàn) STS 教學理念 針對應用問題的科普性 采用閱讀資料 組內(nèi)討論 加錄像展示的方法 提高學生 的學習興趣 此種學習方式 融本節(jié)課的重點知識鞏固于實際應用 符合新課標教 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作用 并將自己的發(fā) 現(xiàn)或者體驗以小論文的形成呈現(xiàn)出來 教學設計分析 該過程的設計意圖在于體現(xiàn)三維教學目標情感態(tài)度價值觀目標 在收集資料 撰寫科學論文的過程中 體會科技的力量 樹立從事科學研究的人生 志向 體會我們生活的地球的和諧與脆弱 激發(fā)保護環(huán)境的意識 九 板書設計