高中物理人教版1第三章磁場第5節(jié)運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的力 獲獎(jiǎng)作品

“磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力”教學(xué)設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書選修3-1》第三章第五節(jié)。本節(jié)主要講述磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力—-洛倫茲力。從物理學(xué)的角度來看，洛倫茲力公式是經(jīng)典電磁學(xué)理論的基本公式，它反映了場與運(yùn)動(dòng)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(gè)領(lǐng)域。從課程安排上看，本節(jié)課是在學(xué)完磁感應(yīng)強(qiáng)度、安培力等知識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力。因此教材安排本課在“磁場對(duì)通電導(dǎo)線作用”一節(jié)之后，深化學(xué)生對(duì)安培力的本質(zhì)理解，同時(shí)為下章“電磁感應(yīng)定律”的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，所以本節(jié)課是本章乃至全書的重點(diǎn)內(nèi)容。2．教材教學(xué)內(nèi)容安排 本節(jié)課教材內(nèi)容安排，通過對(duì)“磁場對(duì)電流有作用力”和“電流是由電荷定向運(yùn)動(dòng)形成的”這兩個(gè)事實(shí)提出假設(shè)：磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有作用力，再通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假設(shè)的正確性，強(qiáng)調(diào)“提出問題–猜想假設(shè)--實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(gè)探究得出洛倫茲力大小和方向跟哪些因素有關(guān)，如何判斷方向，如何求大小。最后介紹其應(yīng)用，特別強(qiáng)調(diào)在電視機(jī)中顯像管的應(yīng)用。二、學(xué)情分析1．在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前，學(xué)生已經(jīng)具備了力學(xué)及磁場的相關(guān)知識(shí)，特別是第四節(jié)磁場對(duì)通電導(dǎo)線的作用為洛倫茲力的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)2．關(guān)于“提出問題-猜想假設(shè)-實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的科學(xué)探究方法，學(xué)生在必修一、二的學(xué)習(xí)過程中多次接觸，對(duì)其并不陌生，所以，本節(jié)課涉及科學(xué)探究方面的問題較容易展開。3．在認(rèn)知過程中易存在如下障礙：高二學(xué)生對(duì)于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不清晰，導(dǎo)致本節(jié)課洛倫茲力大小推導(dǎo)的教學(xué)過程產(chǎn)生困難。三、教學(xué)目標(biāo)1.知識(shí)與技能通過實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)洛倫茲力。會(huì)判斷洛倫茲力的方向，會(huì)計(jì)算洛倫茲力的大小。了解電子束的磁偏轉(zhuǎn)原理及其在科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)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(shè)-實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的科學(xué)探究過程，提高探究能力。通過對(duì)洛倫茲力大小的學(xué)習(xí)，加深建立物理模型在物理問題研究中的作用。通過運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)收集洛倫茲力應(yīng)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(jià)值觀通過收集地磁場對(duì)地球保護(hù)作用的資料，撰寫論文的過程，體會(huì)地球的和諧與脆弱，激發(fā)保護(hù)環(huán)境的意識(shí)。通過對(duì)洛倫茲力方向及大小問題的科學(xué)探究過程，培養(yǎng)自己主動(dòng)與他人合作的精神，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)意識(shí)。通過對(duì)洛倫茲力在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用的學(xué)習(xí)，增強(qiáng)自己將物理知識(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)生活實(shí)際的意識(shí)。四、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1、教學(xué)重點(diǎn)洛倫茲力與安培力的關(guān)系，洛倫茲力方向的判斷，大小的計(jì)算。2、教學(xué)難點(diǎn) 由安培力大小的計(jì)算公式推出洛倫茲力大小的計(jì)算公式。五、教學(xué)方法本節(jié)課以“實(shí)驗(yàn)探究”方法為主，輔之以講授法、演示法、討論法等多種教學(xué)方法，教學(xué)中注重啟發(fā)學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生間的協(xié)作精神，加強(qiáng)師生間的雙向活動(dòng)。教學(xué)方法選擇充分體現(xiàn)“學(xué)生主體，老師主導(dǎo)”的教學(xué)理念，力在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。1、實(shí)驗(yàn)探究法通過“提出問題-猜想假設(shè)-實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的科學(xué)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(dá)式，應(yīng)用洛倫茲力解決實(shí)際問題等實(shí)際過程中，采用協(xié)作討論方法，意在突破難點(diǎn)的過程中加強(qiáng)同學(xué)合作意識(shí)，培養(yǎng)協(xié)作精神，提高科學(xué)素養(yǎng)。六、教學(xué)媒體陰極射線管、條形磁鐵、洛倫茲力演示儀、計(jì)算機(jī)、黑板、教科書新課引入錄像、論文創(chuàng)設(shè)情境，引人入勝七、教學(xué)過程設(shè)計(jì)新課引入錄像、論文創(chuàng)設(shè)情境，引人入勝采用演示實(shí)驗(yàn)方法，老師講解陰極射線管的結(jié)構(gòu)、原理、注意事項(xiàng)1、流程圖采用演示實(shí)驗(yàn)方法，老師講解陰極射線管的結(jié)構(gòu)、原理、注意事項(xiàng)磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷是否有力的作用磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷是否有力的作用演示實(shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn)洛倫茲力方向洛倫茲力大小洛倫茲力方向洛倫茲力大小通過學(xué)生實(shí)驗(yàn)方式展開實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，老師最后通過自制模具總結(jié)方向判斷方法建立模型通過學(xué)生實(shí)驗(yàn)方式展開實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，老師最后通過自制模具總結(jié)方向判斷方法建立模型通過建立物理模型，突破難點(diǎn)，學(xué)生討論分析，加強(qiáng)合作精神提出問題通過建立物理模型，突破難點(diǎn)，學(xué)生討論分析，加強(qiáng)合作精神提出問題分組討論猜想假設(shè)分組討論猜想假設(shè)得出結(jié)論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得出結(jié)論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證洛倫茲力應(yīng)用洛倫茲力應(yīng)用體驗(yàn)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用，反映STS教學(xué)理念，同時(shí)通過應(yīng)用，鞏固本節(jié)課重點(diǎn)內(nèi)容。回歸本節(jié)課引題部分，使整堂課脈絡(luò)完整，同時(shí)加強(qiáng)同學(xué)們對(duì)保護(hù)環(huán)境認(rèn)識(shí)解釋極光現(xiàn)象電視機(jī)顯像管體驗(yàn)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用，反映STS教學(xué)理念，同時(shí)通過應(yīng)用，鞏固本節(jié)課重點(diǎn)內(nèi)容。回歸本節(jié)課引題部分，使整堂課脈絡(luò)完整，同時(shí)加強(qiáng)同學(xué)們對(duì)保護(hù)環(huán)境認(rèn)識(shí)解釋極光現(xiàn)象電視機(jī)顯像管收集資料，撰寫論文形式，體現(xiàn)新課標(biāo)教改理念收集資料，撰寫論文形式，體現(xiàn)新課標(biāo)教改理念布置作業(yè)布置作業(yè)結(jié)束結(jié)束2、具體教學(xué)過程分析教學(xué)內(nèi)容教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)創(chuàng)設(shè)情景，引入新課通過視頻，為同學(xué)們展示極光的奇妙現(xiàn)象；引用英國科學(xué)雜志《自然》2023年4月11日刊登的一篇文章介紹對(duì)磁場對(duì)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(hù)，造成人造衛(wèi)星失事。進(jìn)一步推演，甚至引起地球磁場的倒轉(zhuǎn)，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(shí)，腦海中生成疑問，提起對(duì)本節(jié)課的學(xué)習(xí)興趣。【教學(xué)設(shè)計(jì)分析】通過同學(xué)們很少見到但有確確實(shí)實(shí)存在的奇妙的或者是令人擔(dān)憂的物理現(xiàn)象，抓住學(xué)生的思維活躍點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的好奇心，使其產(chǎn)生求知欲。這屬于創(chuàng)設(shè)情景導(dǎo)入法。洛倫茲力為解決引題中的問題，開始本節(jié)課的學(xué)習(xí)。提出問題：在上節(jié)課的學(xué)習(xí)過程中，我們知道電流在磁場中會(huì)受到安培力的作用，那從微觀角度來講，電流的實(shí)質(zhì)是什么？引導(dǎo)學(xué)生從電流的定義上來回答該問題對(duì)學(xué)生的回答給以評(píng)價(jià)，緊接著繼續(xù)提問【提出問題】：那磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷是否也有作用力？對(duì)學(xué)生的猜想給以評(píng)價(jià)，針對(duì)同學(xué)們的猜想，【演示實(shí)驗(yàn)】：首先介紹陰極射線管的原理，各部分構(gòu)造，其次進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生觀察思考得出結(jié)論。進(jìn)一步提出洛倫茲力的概念：磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力。回憶舊知識(shí)，得出：電流是由電荷的定向移動(dòng)形成的。通過思考，既然電流是由定向移動(dòng)的電荷構(gòu)成，那磁場對(duì)通電導(dǎo)線的作用力在微觀上是否就可以理解為……【猜想假設(shè)】：磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有作用力。觀察實(shí)驗(yàn)，加入磁場后，電子束發(fā)生偏振，得出磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷確實(shí)有作用力?！窘虒W(xué)設(shè)計(jì)分析】這是本節(jié)課第一個(gè)實(shí)驗(yàn)探究，也是非常關(guān)鍵的一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)。通過“提出問題-猜想假設(shè)-實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的探究過程，讓肉眼看不見的電子顯示出運(yùn)動(dòng)徑跡，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲---引出本節(jié)課所學(xué)習(xí)的物理概念—洛倫茲力。該實(shí)驗(yàn)是本節(jié)課的重點(diǎn)演示實(shí)驗(yàn)，可見度好，探究過程明了，易于同學(xué)們對(duì)抽象概念洛倫茲力形成直觀認(rèn)識(shí)。（完成知識(shí)與技能1）洛倫茲力的方向教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)我們知道力是一個(gè)矢量，設(shè)問：一個(gè)矢量的學(xué)習(xí)要從哪些方面展開呢？結(jié)合我們?cè)诒匦拗袑W(xué)過的矢量【提出問題】：同學(xué)們想一下，在上節(jié)課中我們是如何確定安培力方向的？安培力的方向跟哪些因素有關(guān)？請(qǐng)同學(xué)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(guān)呢？對(duì)應(yīng)安培力，適當(dāng)提供引導(dǎo)洛倫茲力的方向又該如何判斷呢能否通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證我們的猜想，請(qǐng)同學(xué)分組討論，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程，得出判斷洛倫茲力方向的方法。在同學(xué)上講臺(tái)展示實(shí)驗(yàn)方法的過程中給予相關(guān)指導(dǎo)。評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)各種情況的歸納總結(jié)，針對(duì)其中=2\*GB3②引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)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(duì)=2\*GB3②提問：如果磁場方向和電荷運(yùn)動(dòng)方向不垂直，我們又該如何處理呢？演示自制“三垂直”模型，傳輸三者之間方向關(guān)系的直觀形象，從而總結(jié)探究結(jié)論。洛倫茲力方向一定與磁場方向，電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直，但電荷運(yùn)動(dòng)方向可和磁場運(yùn)動(dòng)方向成任意角，當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場運(yùn)動(dòng)方向垂直時(shí)，洛倫茲力最大，平行時(shí)，洛倫茲力最小，為零。思考，回答問題：矢量的大小和方向兩個(gè)方面在老師引導(dǎo)下回憶安培力F=ILB，通過左手定則來判斷方向方向與電流方向有關(guān)，磁場方向有關(guān)。而電流方向又與電荷的運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)，洛倫茲力又是磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力，從而可以【猜想假設(shè)】：磁場對(duì)電流的作用力實(shí)質(zhì)上就是是磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷作用力。也就是說洛倫茲力可能與電荷的運(yùn)動(dòng)方向、磁場方向有關(guān)。在老師引導(dǎo)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證】：聯(lián)系第一個(gè)實(shí)驗(yàn)探究，選擇實(shí)驗(yàn)儀器（陰極射線管，U形磁鐵），設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)過程。在進(jìn)行試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)各種問題：=1\*GB3①電子束打不到熒光屏上=2\*GB3②磁場只有在某些方向上才能引起電子束偏轉(zhuǎn)=3\*GB3③改變磁場方向，電子束偏轉(zhuǎn)方向改變。通過對(duì)各種情況歸納總結(jié)，得出結(jié)論：=1\*GB3①當(dāng)磁場方向平行于電子運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷沒有力的作用。=2\*GB3②當(dāng)磁場方向與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直時(shí)，采用左手定則判斷出洛倫茲力的方向于實(shí)際方向相反=3\*GB3③發(fā)現(xiàn)，洛倫茲力方向始終垂直于磁場方向，電荷運(yùn)動(dòng)方向。通過思考，回答老師設(shè)問：……所以運(yùn)用左手定則四指應(yīng)該指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向，這樣就跟實(shí)驗(yàn)所得相符了?。∮薪Y(jié)論=1\*GB3①、=2\*GB3②可得可將磁場分解到平行電荷運(yùn)動(dòng)方向和垂直電荷運(yùn)動(dòng)方向。平行電荷運(yùn)動(dòng)方向不受洛倫茲力，垂直電荷運(yùn)動(dòng)方向可根據(jù)左手定則來判斷?！窘虒W(xué)設(shè)計(jì)分析】這是本節(jié)課的第二個(gè)實(shí)驗(yàn)探究，通過“提出問題-猜想假設(shè)-實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”得出洛倫茲力方向的判斷方法。其中同學(xué)們親自動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，總結(jié)規(guī)律。最后討論產(chǎn)生問題的原因，得出完整結(jié)論。在整個(gè)過程中，不斷地發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)探究的艱辛，養(yǎng)成良好的科學(xué)探究習(xí)慣，提高科學(xué)素養(yǎng)。洛倫茲力的大小提出問題：我們知道磁場對(duì)通電導(dǎo)線有作用力，本質(zhì)是磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有作用力，正是磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的合理構(gòu)成了磁場對(duì)通電導(dǎo)線的作用力。那我們能否通過安培力的表達(dá)式推導(dǎo)出洛倫茲力的表達(dá)式呢？動(dòng)畫演示通電導(dǎo)體中電荷的運(yùn)動(dòng)形式，引導(dǎo)學(xué)生【建立模型】：長為L、截面積為S、電流為I導(dǎo)體在勻強(qiáng)磁場B中，一個(gè)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(dòng)速度v,v和B的夾角為θ。評(píng)價(jià)學(xué)生的推導(dǎo)過程，并提問：在此磁場方向與電荷運(yùn)動(dòng)方向是垂直的，那如果磁場方向與電荷運(yùn)動(dòng)方向成一定夾角，我們又該如何處理？(不必得出F洛=Bqvcosθ)理解模型，腦海中形成對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的清晰認(rèn)識(shí)。根據(jù)老師的引導(dǎo)，根據(jù)建立的模型,【分組討論】：學(xué)生分組活動(dòng)：①這段導(dǎo)線受到安培力（F安=BIL）。②運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)電荷所受洛侖茲力的合力得出：③一個(gè)定向運(yùn)動(dòng)的帶電粒子受到的磁場力為洛倫茲力（F洛=Bqv）。同學(xué)聯(lián)系洛倫茲力方向歸結(jié)=2\*GB3②思考：可已將磁場分解到垂直電荷運(yùn)動(dòng)方向和平行電荷運(yùn)動(dòng)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(jié)論】：F洛=Bqv(B⊥v),當(dāng)磁場方向與電荷運(yùn)動(dòng)方向成一定夾角時(shí)可將磁場方向分解到垂直電荷運(yùn)動(dòng)方向和平行電荷運(yùn)動(dòng)方向，平行電荷運(yùn)動(dòng)方向上不受洛倫茲力?！窘虒W(xué)設(shè)計(jì)分析】這是本節(jié)課的難點(diǎn)，采取建立物理模型的思維方法，有利于學(xué)生直觀理解，通過合作式討論的學(xué)習(xí)方法，避免了難點(diǎn)問題成為老師講解或優(yōu)秀學(xué)生的推導(dǎo)表演。此種方法能充分發(fā)揮學(xué)生的聰明才智，培養(yǎng)他們合作克服困難的能力。磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷作用力的應(yīng)用課件展示應(yīng)用洛倫茲力原理的高科技產(chǎn)品：磁流體發(fā)電機(jī)，質(zhì)譜儀，回旋加速器等，讓同學(xué)體驗(yàn)該部分內(nèi)容在高科技領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。請(qǐng)同學(xué)們閱讀課本，運(yùn)用洛倫茲力的知識(shí)，分組討論，得出電視機(jī)顯像管的工作原理，嘗試解決如下問題(幻燈片展示)：=1\*GB3①如果電子束打在熒光屏A點(diǎn)和B點(diǎn)，磁場應(yīng)該分別沿什么方向？=2\*GB3②要使電子打在熒光屏上的位置由B逐漸向A點(diǎn)移動(dòng)，磁場該怎樣變化？在自然界中——極光現(xiàn)象。提問：到現(xiàn)在，同學(xué)們能否為我們課堂開始時(shí)提到的極光問題做一個(gè)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）。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(xué)們能否解釋，為什么地磁場變?nèi)鯐?huì)引起太陽中的帶電粒子穿越大氣層，從而對(duì)我們的生活產(chǎn)生危害么？觀看課件，讓同學(xué)體驗(yàn)物理知識(shí)應(yīng)用閱讀課本，討論，解決問題。2回看引題錄像，結(jié)合地磁場，分析極光現(xiàn)象思考解決問題，體會(huì)地磁場對(duì)對(duì)球生命所起的莫大的保護(hù)作用【教學(xué)設(shè)計(jì)分析】這部分內(nèi)容是對(duì)物理知識(shí)的技術(shù)應(yīng)用，充分