新課標高中物理人教版選擇性必修123冊教材解讀安培力與洛倫茲力

PAGE第一章安培力與洛倫茲力一、課標要求1通過實驗，認識安培力。能判斷安培力的方向，會計算安培力的大小。了解安培力在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。2通過實驗，認識洛倫茲力。能判斷洛倫茲力的方向，會計算洛倫茲力的大小。2能用洛倫茲力分析帶電粒子在勻強磁場中的圓周運動。了解帶電粒子在勻強磁場中的偏轉(zhuǎn)及其應(yīng)用。二、教材概述本章在必修第三冊介紹磁場知識的基礎(chǔ)上，進一步介紹磁場與通電導(dǎo)線、帶電粒子之間的相互作用。本章共4節(jié)，第1節(jié)和第2節(jié)按照先講宏觀、后講微觀的順序分別介紹了安培力和洛倫茲力，第3節(jié)介紹了帶電粒子在勻強磁場中的運動規(guī)律，第4節(jié)以質(zhì)譜儀與加速器為例介紹了概念規(guī)律的應(yīng)用。也就是說，本章的內(nèi)容安排除了關(guān)注發(fā)展學(xué)生的運動與相互作用觀念，還緊密聯(lián)系生產(chǎn)生活實際，幫助學(xué)生發(fā)展科學(xué)思維和科學(xué)探究等素養(yǎng)。教材總體上特別關(guān)注以下幾點：一是在研究安培力和洛倫茲力時，均按照先定性地進行實驗觀察力的方向，后通過定量分析研究力的大小的順序進行，以便幫助學(xué)生體會研究新問題的一般思路；二是注意加強知識的前后聯(lián)系，使得新的概念、規(guī)律在原有知識的基礎(chǔ)上逐漸深化和拓展，更便于理解；三是注重突出結(jié)論的形成過程，培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析和概括的能力。具體來說，本章在編寫時有以下考慮。1使學(xué)生通過安培力和洛倫茲力的學(xué)習(xí)，進一步提升物理觀念在課程標準中，物理觀念主要包括物質(zhì)、運動與相互作用、能量三個方面。教材中安排的安培力和洛倫茲力的內(nèi)容，是學(xué)生繼續(xù)從場的觀點認識相互作用的好素材。教材在編寫時一方面注意幫助學(xué)生準確地把握概念、規(guī)律的內(nèi)涵，另一方面注重加強對概念、規(guī)律的靈活應(yīng)用，以便將相關(guān)核心概念與規(guī)律建立聯(lián)系，進一步提煉和升華，形成科學(xué)的物理觀念。如在研究安培力時指出“磁場、安培力的問題，在很多方面都與電場、庫侖力的問題相似”。同時，又指出安培力與庫侖力的區(qū)別：“研究庫侖力時，受力的物體是點電荷，點電荷受力的方向與電場的方向相同或相反；但在研究安培力時，受力的物體是通電導(dǎo)線，通電導(dǎo)線受力的方向與磁場的方向、電流的方向不但不在一條直線上，而且不在一個平面里?！币环矫鎺椭鷮W(xué)生建立新知與舊知的聯(lián)系，另一方面指出它們的關(guān)鍵不同。講完洛倫茲力之后，教材又不失時機地提到，通電導(dǎo)線在磁場中受到的安培力，實際是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。另外，教材還注意在不同的地方適時進行點撥和提升，幫助學(xué)生進一步從物理觀念的角度學(xué)習(xí)處理新問題的方法。例如，在本章開始的名人名言中，就用了麥克斯韋的一段話，為本章的學(xué)習(xí)和研究指明路徑：“電和磁的實驗中最明顯的現(xiàn)象是，處于彼此距離相當(dāng)遠的物體之間的相互作用。因此，把這些現(xiàn)象化為科學(xué)形式的第一步就是，確定物體之間作用力的大小和方向?！痹偃纾诮榻B電流的單位時，不僅說明為了紀念科學(xué)家安培，還專門加了一個腳注：“安培也是國際單位制的基本單位之一。真空中相距1m的兩根無限長且圓截面可忽略的平行直導(dǎo)線內(nèi)通過等量恒定電流，當(dāng)兩導(dǎo)線之間產(chǎn)生的力在每米長度上等于2×10－7N時，每根導(dǎo)線中通過的電流就是1A。”2關(guān)注學(xué)生獲取知識的過程，為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供條件高中物理課程希望通過創(chuàng)設(shè)學(xué)生積極參與、樂于探究、勤于思考的學(xué)習(xí)情境，以增強學(xué)生的科學(xué)探究能力，培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。教材在呈現(xiàn)知識時關(guān)注學(xué)生獲取知識的過程，注意為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)搭建平臺。例如，在研究安培力的方向時，教材沒有直接詳細說明實驗的現(xiàn)象，而是引導(dǎo)學(xué)生通過設(shè)計實驗，分別改變磁場的方向、電流的方向，觀察受力的方向，最后讓學(xué)生嘗試自己歸納安培力的方向與磁場方向、電流方向之間的關(guān)系。再如，在研究洛倫茲力之前，教材設(shè)置了一個問題：“我們知道，磁場對通電導(dǎo)線有作用力；我們還知道，帶電粒子的定向移動形成了電流。那么，磁場對運動電荷有作用力嗎？如果有，力的方向和大小又是怎樣的呢？”引發(fā)學(xué)生的思考，為進一步學(xué)習(xí)指明方向。另外，教材也幫助學(xué)生經(jīng)歷實驗方案設(shè)計的過程，為自主學(xué)習(xí)提供條件，進而讓學(xué)生通過分析、處理實驗獲取的信息，自己總結(jié)探究的結(jié)果。在介紹洛倫茲力時，教材也不是簡單地陳述其推導(dǎo)過程，而是采取思考與討論的方式，適當(dāng)點撥，激發(fā)學(xué)生的思考，讓學(xué)生自主地得出結(jié)論。教材首先幫學(xué)生建立一個物理模型，然后給學(xué)生提出自主學(xué)習(xí)的任務(wù)，并進一步建議學(xué)生沿教材提示的邏輯線索進行思考。這樣，教材就把向?qū)W生呈現(xiàn)知識變成引導(dǎo)學(xué)生自主地獲取知識，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。3注重插圖的處理，重視科學(xué)方法的教育在必修第三冊中，為了定義磁感應(yīng)強度，在導(dǎo)線的方向與磁場的方向垂直的情況下，讓學(xué)生初步認識了磁場對通電導(dǎo)線的作用力。安培力的方向一定與電流和磁感應(yīng)強度的方向都垂直，但電流與磁感應(yīng)強度的方向可以成任意角度，只不過當(dāng)電流與磁感應(yīng)強度的方向垂直時，安培力最大。然而在實際問題中，常有學(xué)生誤以為安培力、電流、磁感應(yīng)強度一定是兩兩垂直的。要弄清安培力的方向不是一件容易的事，需要知道安培力、電流、磁感應(yīng)強度三者方向的空間關(guān)系，要求學(xué)生能看懂三維圖，熟悉各種角度的正視圖、左視圖和俯視圖。為此，教材在插圖中有時既提供示意圖，又提供實物圖。在熟悉三維圖的基礎(chǔ)上，教材安排了一個“思考與討論”欄目：“當(dāng)通電導(dǎo)線中的電流方向與磁場方向既不垂直也不平行時，我們應(yīng)該如何計算安培力呢？”以此激發(fā)學(xué)生思考，然后教材提醒學(xué)生運用已經(jīng)掌握的矢量分解的方法，將磁場分解為與電流方向平行的分量和與電流方向垂直的分量，然后分別研究這兩個分量的作用。在學(xué)習(xí)洛倫茲力時，又一次用到這種方法：“仿照上節(jié)對于安培力大小的討論可以知道，在一般情況下，當(dāng)電荷運動的方向與磁場的方向夾角為θ時，電荷所受的洛倫茲力為F=qvBinθ?！边@里實際上承襲了力學(xué)中已經(jīng)應(yīng)用多次的方法。教材希望通過這樣的編排，能幫助學(xué)生在遇到復(fù)雜問題時掌握抓住事物本質(zhì)、化繁為簡的解決思路。4緊密聯(lián)系實際，關(guān)注科技進步和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)課程標準指出，高中物理課程在內(nèi)容上應(yīng)注重與生產(chǎn)生活、現(xiàn)代社會及科技發(fā)展的聯(lián)系，反映當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要成果和科學(xué)思想。教材除了介紹電視顯像管的工作原理、磁電式電流表、正電子的發(fā)現(xiàn)外，還專設(shè)一節(jié)“質(zhì)譜儀與回旋加速器”，作為帶電粒子在勻強磁場中運動的知識在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中廣泛應(yīng)用的實例。其中定量計算的內(nèi)容，還可以培養(yǎng)學(xué)生綜合運用力學(xué)知識和電學(xué)知識的能力。教材通過例題、問題串等多種形式將教學(xué)內(nèi)容統(tǒng)籌安排，在緊密聯(lián)系實際中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。例如，教材在“帶電粒子在勻強磁場中的運動”中安排了例題，計算一個帶電粒子在勻強磁場中所受的重力和洛倫茲力的大小之比。由此讓學(xué)生了解，帶電粒子在磁場中運動時，所受的洛倫茲力遠大于重力，在這種情況下，重力作用的影響可以忽略，為后續(xù)的受力分析問題打下基礎(chǔ)。再例如，教材在第4節(jié)開始就設(shè)計了一個問題：“在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中，常需要將一束帶等量電荷的粒子分開，以便知道其中所含物質(zhì)的成分。利用所學(xué)的知識，你能設(shè)計一個方案，以便分開電荷量相同、質(zhì)量不同的帶電粒子嗎？”以此引導(dǎo)學(xué)生去思考，進行方案的設(shè)計。在編寫“回旋加速器”時則安排了問題串，如“然而產(chǎn)生過高的