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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(xué)設(shè)計思路】 　　普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書物理選修3—1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(qiáng)磁場中的運動》的鋪墊。高二的學(xué)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(dǎo)──實驗驗證等科學(xué)研究方法有一定的基礎(chǔ)，本節(jié)課通過實驗創(chuàng)設(shè)各種問題情景、引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，促進(jìn)學(xué)生思維。學(xué)生通過討論，體驗科學(xué)探究的方法和過程，對物理知識能有進(jìn)一步的理解，從而把傳授知識與能力的培養(yǎng)有機(jī)的結(jié)合在一起，讓學(xué)生掌握分析研究物理的基本方法與技能，為日后的學(xué)習(xí)及進(jìn)行其它問題探究奠定基礎(chǔ)。 　　【教學(xué)目標(biāo)】 　　1．知識與技能： 　?、僦朗裁词锹鍌惼澚Γ瑫袛嗦鍌惼澚Φ姆较?； 　?、谥缆鍌惼澚Υ笮〉耐茖?dǎo)過程； 　?、蹠帽竟?jié)課學(xué)的知識簡單解釋電視顯像管的工作原理。 　　2．過程與方法： 　?、偻ㄟ^對安培力微觀本質(zhì)的猜測，培養(yǎng)學(xué)生的聯(lián)想和猜測能力； 　?、谕ㄟ^推導(dǎo)洛倫茲力的公式，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力； 　?、弁ㄟ^演示實驗，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力。 　　3．情感態(tài)度與價值觀： 　　培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和研究方法，引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析、推理能力。 　　【教學(xué)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(dǎo)過程。 　　【實驗器材及教學(xué)媒體的選擇與使用】 　　陰極射線管、電子感應(yīng)圈、多媒體投影系統(tǒng) 　　【教學(xué)方法】 　　講授法、實驗法、討論法。 　　【教學(xué)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(dá)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(dá)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(dǎo)學(xué)生猜想：磁場對運動電荷有力的作用 　　設(shè)計思想：學(xué)生對宇宙的秘密比較向往，通過極光的圖片、短片，吸引學(xué)生的注意力，激起疑問，引發(fā)思考，從而創(chuàng)設(shè)良好的教學(xué)情景導(dǎo)入課題。 　　能否用學(xué)過的知識支持我們的猜想？ 　　引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)：安培力──磁場對通電導(dǎo)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(dǎo)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(shè)計思想：使學(xué)生對安培力和洛倫茲力的關(guān)系有一定的心理預(yù)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 　?。?）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。 　?。?）演示： 　?、僭跊]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。 　?、趯⑻阈未盆F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(jì)念荷蘭物理學(xué)家洛倫茲。 　　洛倫茲力既然是一個力，那我們應(yīng)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(dǎo)學(xué)生猜想洛倫茲力的方向跟什么因素有關(guān)？ 　　2．引導(dǎo)學(xué)生思考安培力與洛倫茲力之間的關(guān)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(jìn)一步觀察電子束垂直進(jìn)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(shè)計思想：體現(xiàn)物理是以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，科學(xué)實驗是揭示自然規(guī)律的重要方法和手段。培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)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(dǎo)學(xué)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(fù)電荷運動的反方向，那么拇指所指的方向就是負(fù)電荷所受洛倫茲力的方向。 　?。◤?qiáng)調(diào)：四指指向是負(fù)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(dǎo)出運動電荷受到的洛倫茲力的大小呢？ 　　點撥學(xué)生：建立物理模型，注意分析問題情景的關(guān)鍵點。 　　問題情景：設(shè)有一段橫截面積為S的通電導(dǎo)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(yīng)的導(dǎo)體為研究對象（應(yīng)先建立物理模型（教材圖3．5—3），再循序漸進(jìn)有條理地推導(dǎo)，這一個過程可放手讓學(xué)生完成，體現(xiàn)學(xué)習(xí)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(guān)系？（I=nqvS） 　　3．導(dǎo)線垂直于磁場方向放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，導(dǎo)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(shè)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(xué)生的認(rèn)識規(guī)律將復(fù)雜問題簡單化，設(shè)置四個小問題讓學(xué)生依次去探究，這樣就為生學(xué)生提供解決問題的邏輯線索，降低解決問題的難度，鍛煉學(xué)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(shè)置一些中間量，最后將其消掉得出我們所需要的結(jié)論）。 　?。ㄑ惨晫W(xué)生推導(dǎo)情況并進(jìn)行根據(jù)實際情況，進(jìn)行個別指導(dǎo)點評學(xué)生的成果，并進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)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(dāng)v∥B時，F(xiàn)洛=0（類比安培力，B∥L時F安=0） 　　學(xué)生思維發(fā)散：當(dāng)v與B既不垂直，又不平行時，洛倫茲力的大小又如何求？ 　?。ㄌ幚矸椒惐劝才嗔Γ簩⒋鸥袕?qiáng)度或速度分解，設(shè)當(dāng)粒子運動方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向成θ時，F(xiàn)洛=qvBsinθ。此問題教學(xué)大綱不做要求，有興趣的同學(xué)課下再探討。） 　　設(shè)計思想：將安培力和洛倫茲力的大小關(guān)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(xué)效率。 　　四、洛倫茲力的實際應(yīng)用 　　理論來自于實踐，更要服務(wù)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(xué)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？ 　?。ǖ卮艌鰧χ鄙涞厍虻挠钪嫔渚€的阻擋作用在赤道附近最強(qiáng)，兩極地區(qū)最弱）。 　　同時可請兩位學(xué)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(shè)計思想：聯(lián)系實際，照應(yīng)開頭。學(xué)生的角色扮演一方面可活躍課堂氣氛，另一方面有利于學(xué)生的空間判斷能力的培養(yǎng)。 　　2．電視顯像管的工作原理 　?。?）原理：應(yīng)用電子束磁偏轉(zhuǎn)的道理。 　?。?）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(xué)生分組討論，得出結(jié)論。 　　設(shè)計思想：學(xué)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(yīng)用，也能讓學(xué)生與課本、學(xué)生與學(xué)生間充分對話，培養(yǎng)學(xué)生運用知識和總結(jié)規(guī)律的能力。 　　【課堂小結(jié)】 　?。ㄗ寣W(xué)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(dāng)v與B既不垂直，又不平行時，F(xiàn)洛=qvBsinθ 　　【課外探究，發(fā)散思維】 　　讓學(xué)生根據(jù)所本節(jié)所學(xué)的知識去探究生活和科技中還有哪些應(yīng)用洛倫茲力的例子，課后進(jìn)行交流。這樣設(shè)計可以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，開闊學(xué)生的視野，使學(xué)生的思維得到發(fā)散。 　　【教學(xué)反思】 　　1．教學(xué)各項目標(biāo)基本完成。 　　2．分析推理──猜想──實驗驗證──得出結(jié)論是科學(xué)研究最基本的思維方法，要給學(xué)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(guān)鍵位置的引導(dǎo)，還應(yīng)更關(guān)注學(xué)生的個體差異。 　　4．在今后教學(xué)中多設(shè)置探究題目，讓學(xué)生探究得出結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，提高教學(xué)效率。