《洛倫茲力的應用—回旋加速器》教學設計

1、課堂教學設計表課程名稱：洛倫茲力的應用回旋加速器 單位（學校） 梧州市第八中學 章節(jié)名稱洛倫茲力的應用回旋加速器學時1依據(jù)標準課程標準： 本節(jié)介紹洛倫茲力在實際中的廣泛應用，這些應用在物理科學研究中起著重要的作用。本節(jié)經(jīng)歷觀察物理現(xiàn)象，根據(jù)要求初步設計實驗原理的過程，并從自身的設計中發(fā)現(xiàn)問題,有初步提出問題的能力。要求學生通過自己的探究和分析獲得知識。回旋加速器的原理是探究重點。本節(jié)(課)教學目標 （1）、知識與技能目標知道利用磁場控制帶電粒子的偏轉理解回旋加速器的工作原理（2）、 過程與方法目標通過分組合作學習重點內(nèi)容經(jīng)歷設計實驗原理的過程，從已有知識積累嘗試初步設計（3）、 情感態(tài)度和價值

2、觀目標激發(fā)學生創(chuàng)造性學習的熱情培養(yǎng)學生良好的合作能力和創(chuàng)新能力激發(fā)學生對物理發(fā)展新動態(tài)的興趣和對技術設計的熱愛本節(jié)(課)教學內(nèi)容的分析教材是在學生學習了洛倫茲力的基礎上，通過對物理科學研究中常用儀器的原理分析，進一步學習洛倫茲力的應用。本課時教學內(nèi)容主要是對磁場控制帶電粒子的偏轉，電場控制帶電粒子的加速這個概念的建立，應把各種儀器中電場力、磁場力的作用分析為本節(jié)教學的重點。由于涉及的物理儀器較大型抽象，無配套實驗儀器，并且概念內(nèi)涵較深、外延較廣，涉及邊界條件、臨界關系等，學生往往難以理解，所以應采用多種教學方法結合，想方設法激發(fā)學生學習的興趣。與本節(jié)(課)相關的學生特征的分析從學生角度看，學生

3、已基本掌握洛倫茲力的相關知識，本節(jié)的探究活動采用的是提出適度開放問題，啟發(fā)利用公式、設計儀器方案來解決帶電粒子在電場、磁場中運動問題，充分喚醒學生已有知識，在原有基礎上不斷生長，誘導了學生無窮的創(chuàng)造力。知識點學習目標描述知識點編 號學習目標層次具 體 描 述 語 句1、理解理解運動電荷垂直進入勻強磁場時，電荷在洛侖茲力的作用下做勻速圓周運動。2、理解了解帶電粒子在磁場中偏轉規(guī)律在現(xiàn)代科學技術中的應用，了解高能物理領域中的科技發(fā)展狀況。3、應用 能應用所學知識解決電場、磁場的簡單的綜合問題項 目內(nèi) 容解 決 措 施教學重點掌握運動電荷在磁場中圓周運動的半徑和周期的計算公式以及運用公式分

4、析各種實際問題。以反映學科發(fā)展新動態(tài)的大型強子對撞視頻引出，提出適度開放問題，啟發(fā)利用公式教學難點理解粒子在勻強磁場中的圓周運動周期大小與速度大小無關。解決回旋加速器中的交變電場頻率問題，將強調這個難點學生課前需要做的準備工作課前讓學生預習完成“關于帶電粒子的相關問題”1：帶電粒子的速度方向平行于磁場方向將做什么運動?2：帶電粒子的速度方向垂直于磁場方向將做什么運動?3：推導出在Bv情況下的兩個重要公式4：除磁場外，什么“場”對電荷也有力的作用，列舉這種“場”對電荷作用的典型情況關于教學策略選擇的闡述本節(jié)課采用學生課前預習、課堂中組成學習小組、板卡互動（EEPO模式）、探究式教學等方法相結合。

5、課堂教學過程設計思路教學環(huán)節(jié)教師的活動學生的活動設計意圖、理論依據(jù)導入新課復習提問:1、什么是洛倫茲力？2、帶電粒子在磁場中是否一定受洛倫茲力？下面我們通過完成標準型平臺回顧關于帶電粒子在勻強磁場中的運動回答：1、磁場對運動電荷的作用力2、不一定通過簡單的快問快答，讓學生盡快進入狀態(tài)，并且引出預習內(nèi)容。學習新知搭建標準型平臺：預習回答：關于帶電粒子的相關問題？（不計重力）向度1：電荷的速度方向平行于磁場方向將做什么運動?向度2：電荷的速度方向垂直于磁場方向將做什么運動?向度3：推導出在Bv情況下的兩個重要公式向度4：除磁場外，什么“場”對電荷也有力的作用，列舉這種“場”對電荷作用的典型情況以6

6、人小組為單位，至少選三個向度，順時針交互預習情況，再總結呈現(xiàn)在大卡上，懸掛到教室墻邊的繩子上搭建EEPO平臺，設計多向度問題，讓學生可以有選擇權去完成自己認為可以完成的問題。組成學習小組培養(yǎng)學生良好的合作能力，小組成員先交互再總結增加關鍵知識點的強化次數(shù)。上節(jié)課已經(jīng)學習洛倫茲力的知識，因此前三個問題都可以從受力分析得到答案，同時強化對兩個重點公式的記憶，第四個問題是讓學生復習這節(jié)課將用到的電場的相關知識。教師選擇小組發(fā)言、點評該組代表到本組大卡前闡述本小組答案，其他同學傾聽采用EEPO平臺設計中的大卡張貼，讓學生可以看到每組的答案，增加知識點的強化次數(shù)介紹洛倫茲力演示儀（1）不加磁場時，電子束

7、的徑跡；（2）加垂直紙面向外的磁場時，電子束的徑跡；觀看，得到驗證之前學生均從受力分析得到電荷運動情況教師演示，學生觀察實驗現(xiàn)象，驗證自己的預測是否正確。觀看課件幾張圖片關于“19世紀末科學家發(fā)現(xiàn)大量微觀帶電粒子”觀看在自然導入洛倫茲力的在科技反面應用的同時，滲透物理學史，有助于激發(fā)學生學習物理的興趣提出問題：我們要研究微觀帶電粒子，就是要研究它們的電性、速度、荷質比等，現(xiàn)在我們先從最簡單的入手，怎么研究電性？思考引入洛倫茲力的第一個應用 牛刀小試-設計方案：設計能測定運動電荷電性的方案教師引導一：先展示圖片（偏轉磁場、偏轉電場、加速電場）引導：人類設計不會憑空設計，都要根據(jù)已有知識設計，現(xiàn)在

8、元部件就這么多，怎么設計？教師引導二：設計方案不唯一教師加入學生的小組討論之中，傾聽學生的思路，適時點撥。在學生的交流過程中，教師適時提出學生設計或交流時忽略的問題，如：正負電荷在你設計的場中怎么走？你們怎樣從而區(qū)分出正負點，或者不帶電？以6人為小組，思考討論，呈現(xiàn)在大卡上，懸掛到教室墻邊的繩子上提出適度開放問題，啟發(fā)利用已有知識設計方案來解決區(qū)分電性問題，充分喚醒學生已有知識，在原有基礎上不斷生長，誘導了學生無窮的創(chuàng)造力。換個角度學習知識，以前都是采用宣講的方法，告訴學生利用偏轉磁場、偏轉電場可測帶電粒子電性，讓學生通過帶電粒子的運動軌跡判斷電性。本次教學換個角度處理這個問題，讓學生自己設計

9、方案區(qū)分電性，開闊了學生的思路，提高了學生學習興趣 教師選擇小組發(fā)言、點評， 該組代表到本組大卡前闡述本小組設計方案，其他同學傾聽學生交流的過程也是相互學習的過程，既給學生提供充分展示自己的機會，又使聆聽的學生從別人的設計中得到有益的啟發(fā)，使學生充分認識到合作與交流的重要性。教師總結：利用偏轉磁場、偏轉電場都可測帶電粒子電性。 播放圖片：1932年，27歲的安德森宣告人類首次發(fā)現(xiàn)正電子，正是利用電荷在磁場中偏轉這個知識點觀看、感受讓學生感受到體會到偉大的發(fā)現(xiàn)其實并不像我們想象的深奧，提高對物理的學習興趣提問“大家想想我們怎么去了解微觀粒子內(nèi)部情況？”提示：“給你們個核桃讓你了解里面情況怎么辦？

10、”思考、回答答案：“砸開”“打開”等類似方式用一個淺顯的事物作為例子進行思考，學生基本每個人都能答出，這既指出研究粒子內(nèi)部方法，也引出粒子對撞機?！澳銈兊南敕ê涂茖W家一樣的！”播放新聞視頻“歐洲大型強子對撞機再創(chuàng)能級紀錄”。觀看學生對于教師的這句贊賞的話反應熱烈，抽象的高能物理科學在這刻變得“平易近人” 通過視頻激發(fā)學生學習的熱情和求知的欲望，活躍氣氛、同時引出本重點內(nèi)容：回旋加速器。提問：“視頻中要使質子流的能量達到3.5億ev，如何獲得？”進一步引導：這次我們需要哪個元部件？（同時再次展示圖片：偏轉磁場、偏轉電場、加速電場）思考、回答答案：加速電場在第一次方案設計的基礎上，學生對這三個場作

11、用都比熟悉了，能較快的回答出問題提問：用加速電場加速質子，要使能量達到3.5萬億ev，需要多少電壓？思考、回答答案：3.5萬億v這個不是本節(jié)課知識點，且問題較簡單，教師直接在黑板上簡單計算一下即可第二次設計方案：目前我們的技術無法讓電壓3.5萬億伏，怎么辦？教師提出方案要求：假如現(xiàn)在能提供的電壓為3.5V，但數(shù)量不限，設計一個給質子加速到3.5萬億eV的方案。 教師巡回指導，針對學生設計中出現(xiàn)的困難及時給予幫助，啟發(fā)設計多次（多級）加速，解決質子加速問題以6人為小組，思考討論，呈現(xiàn)在大卡上，懸掛到教室墻邊的繩子上啟發(fā)設計多次（多級）加速電場，解決質子加速問題，充分喚醒學生已有知識，在原有基礎上

12、不斷生長，誘導了學生無窮的創(chuàng)造力教師選擇小組發(fā)言、點評該組代表到本組大卡前闡述本小組設計方案，其他同學傾聽（在只利用加速電場的前提下，學生只能設計出直線加速器）學生交流的過程也是相互學習的過程，既給學生提供充分展示自己的機會，又使聆聽的學生從別人的設計中得到有益的啟發(fā)，使學生充分認識到合作與交流的重要性首先肯定直線加速器能實現(xiàn)質子加速然后提出反思：這個儀器設計中存在問題？教師引導：1、計算出需要加速電場的個數(shù)；2、分析質子在直線加速器加速過程出現(xiàn)的問題，從以上兩個方面引導學生分析出直線加速器存在的兩個不足思考、回答總結：1直線加速器占有的空間范圍大，在有限的空間內(nèi)加速器受到限制2、一級加速和二

13、級加速之間，電場力會做負功，會減速讓學生經(jīng)歷科學探究過程：提出要求-用已有的知識設計方案-反思不足-改進設計教師提出既然存在不足，怎么解決？自然引導出“回旋加速器”思考通過學生反思出直線加速器的不足，自然引導出改進方法-回旋加速器教師通過PPT展示介紹回旋加速器發(fā)明者、裝置組成、美國等發(fā)達國家大型加速器圖片等觀看、記錄 學生經(jīng)過前面的高強度思考、設計，播放幾張圖片既放松一下腦袋，又體會到回旋加速器的優(yōu)越性，與現(xiàn)今的發(fā)展播放視頻“回旋加速器的原理”，在適當?shù)牡胤綍和Ｖv解，期間讓學生明白以下個問題： （1）電場使粒子加速，并且在狹縫AA與AA之間，有方向不斷做周期變化的電場，其作用是當粒子經(jīng)過狹縫

14、時，電源恰好提供正向電壓，使粒子在電場中加速。（2）磁場使粒子回旋（做圓運動），經(jīng)半個圓周又回到狹縫處，再次加速。觀看、記錄通過動畫視頻更形象得講解粒子在回旋加速器工作原理，化抽象為形象（3）引導學生處理洛倫茲力兩個重要公式：1、,半徑與速度的關系？2、,T與什么有關？交變電場的周期與之有什么關系嗎？ 學生自己總結1、每次加速，半徑不斷增大2、可知粒子運動的周期與半徑、速率無關，所以每隔相相同的時間（半個周期）回到狹縫處。，只要電源變化周期等于粒子運行周期，就可使粒子每到狹縫處剛好得到加速。利用已有公式在具體實例中的分析，學生可以自己做結論，加深學生對這兩個重要公式的理解培養(yǎng)學生分析信息的能力

15、，提高學生的信息素養(yǎng)自主總結引導學生從知識所得（基礎點，重點，難點）、能力所獲（分析問題和解決問題方法）、情感體驗各方面進行總結?；貞?、表達自主建構 鞏固練習練習：回旋加速器中磁場的磁感應強度為B，D形盒的直徑為d，用該回旋加速器加速質量為m、電量為q的粒子，設粒子加速前的初速度為零。求：1、粒子的回轉周期是多大？2、高頻電極的周期為多大？3、粒子的最大速度最大動能各是多大？思考完成所有學生應掌握的基礎題個性化教學4、如果盡量增強回旋加速器的磁場或加大D形盒半徑，我們是不是就可以使帶電粒子獲得任意高的能量嗎？思考完成為學有余力的學生練習設計教學反思1本節(jié)課的教學設計是設法讓學生體會到

16、現(xiàn)今高能物理領域中的科技發(fā)展與高中微觀粒子知識的密切聯(lián)系，引出洛倫茲力的各種應用。此課的設計，強調了教學的課前、課中、課后三個環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，在課前，讓學生利用已有知識預習并完成微觀粒子運動判斷，課堂中通過實驗來驗證學生的結果。在涉及回旋加速器的學習時，由于儀器較大型抽象，無配套實驗儀器，并且概念內(nèi)涵較深、外延較廣，在不違背新課程標準的前提下，在本節(jié)課教學過程中，對教材進行了一系列的創(chuàng)新，以反映學科發(fā)展新動態(tài)的大型強子對撞視頻引出，提出適度開放問題，啟發(fā)利用公式、學生自己設計方案來解決質子加速問題，充分喚醒學生已有知識，在原有基礎上不斷生長，誘導了學生無窮的創(chuàng)造力，再由學生反思提出自己設計的缺陷，開闊了學生的思路，讓學生參與實踐。這些改革有利于培養(yǎng)學生的興趣，提高學生的分析問題和解決問題的能力。課后學生自主總結，有助于增進學生對物理知識的理解，進一步加強發(fā)展學生的探究