《洛倫茲力的應(yīng)用—回旋加速器》教學(xué)設(shè)計

1、課堂教學(xué)設(shè)計表課程名稱：洛倫茲力的應(yīng)用回旋加速器 單位（學(xué)校） 梧州市第八中學(xué) 章節(jié)名稱洛倫茲力的應(yīng)用回旋加速器學(xué)時1依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)課程標(biāo)準(zhǔn)： 本節(jié)介紹洛倫茲力在實(shí)際中的廣泛應(yīng)用，這些應(yīng)用在物理科學(xué)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(shè)計實(shí)驗(yàn)原理的過程，并從自身的設(shè)計中發(fā)現(xiàn)問題,有初步提出問題的能力。要求學(xué)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(diǎn)。本節(jié)(課)教學(xué)目標(biāo) （1）、知識與技能目標(biāo)知道利用磁場控制帶電粒子的偏轉(zhuǎn)理解回旋加速器的工作原理（2）、 過程與方法目標(biāo)通過分組合作學(xué)習(xí)重點(diǎn)內(nèi)容經(jīng)歷設(shè)計實(shí)驗(yàn)原理的過程，從已有知識積累嘗試初步設(shè)計（3）、 情感態(tài)度和價值

2、觀目標(biāo)激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性學(xué)習(xí)的熱情培養(yǎng)學(xué)生良好的合作能力和創(chuàng)新能力激發(fā)學(xué)生對物理發(fā)展新動態(tài)的興趣和對技術(shù)設(shè)計的熱愛本節(jié)(課)教學(xué)內(nèi)容的分析教材是在學(xué)生學(xué)習(xí)了洛倫茲力的基礎(chǔ)上，通過對物理科學(xué)研究中常用儀器的原理分析，進(jìn)一步學(xué)習(xí)洛倫茲力的應(yīng)用。本課時教學(xué)內(nèi)容主要是對磁場控制帶電粒子的偏轉(zhuǎn)，電場控制帶電粒子的加速這個概念的建立，應(yīng)把各種儀器中電場力、磁場力的作用分析為本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)。由于涉及的物理儀器較大型抽象，無配套實(shí)驗(yàn)儀器，并且概念內(nèi)涵較深、外延較廣，涉及邊界條件、臨界關(guān)系等，學(xué)生往往難以理解，所以應(yīng)采用多種教學(xué)方法結(jié)合，想方設(shè)法激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。與本節(jié)(課)相關(guān)的學(xué)生特征的分析從學(xué)生角度看，學(xué)生

3、已基本掌握洛倫茲力的相關(guān)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(shè)計儀器方案來解決帶電粒子在電場、磁場中運(yùn)動問題，充分喚醒學(xué)生已有知識，在原有基礎(chǔ)上不斷生長，誘導(dǎo)了學(xué)生無窮的創(chuàng)造力。知識點(diǎn)學(xué)習(xí)目標(biāo)描述知識點(diǎn)編 號學(xué)習(xí)目標(biāo)層次具 體 描 述 語 句1、理解理解運(yùn)動電荷垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場時，電荷在洛侖茲力的作用下做勻速圓周運(yùn)動。2、理解了解帶電粒子在磁場中偏轉(zhuǎn)規(guī)律在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用，了解高能物理領(lǐng)域中的科技發(fā)展?fàn)顩r。3、應(yīng)用 能應(yīng)用所學(xué)知識解決電場、磁場的簡單的綜合問題項(xiàng) 目內(nèi) 容解 決 措 施教學(xué)重點(diǎn)掌握運(yùn)動電荷在磁場中圓周運(yùn)動的半徑和周期的計算公式以及運(yùn)用公式分

4、析各種實(shí)際問題。以反映學(xué)科發(fā)展新動態(tài)的大型強(qiáng)子對撞視頻引出，提出適度開放問題，啟發(fā)利用公式教學(xué)難點(diǎn)理解粒子在勻強(qiáng)磁場中的圓周運(yùn)動周期大小與速度大小無關(guān)。解決回旋加速器中的交變電場頻率問題，將強(qiáng)調(diào)這個難點(diǎn)學(xué)生課前需要做的準(zhǔn)備工作課前讓學(xué)生預(yù)習(xí)完成“關(guān)于帶電粒子的相關(guān)問題”1：帶電粒子的速度方向平行于磁場方向?qū)⒆鍪裁催\(yùn)動?2：帶電粒子的速度方向垂直于磁場方向?qū)⒆鍪裁催\(yùn)動?3：推導(dǎo)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(guān)于教學(xué)策略選擇的闡述本節(jié)課采用學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課堂中組成學(xué)習(xí)小組、板卡互動（EEPO模式）、探究式教學(xué)等方法相結(jié)合。

5、課堂教學(xué)過程設(shè)計思路教學(xué)環(huán)節(jié)教師的活動學(xué)生的活動設(shè)計意圖、理論依據(jù)導(dǎo)入新課復(fù)習(xí)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(biāo)準(zhǔn)型平臺回顧關(guān)于帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動回答：1、磁場對運(yùn)動電荷的作用力2、不一定通過簡單的快問快答，讓學(xué)生盡快進(jìn)入狀態(tài)，并且引出預(yù)習(xí)內(nèi)容。學(xué)習(xí)新知搭建標(biāo)準(zhǔn)型平臺：預(yù)習(xí)回答：關(guān)于帶電粒子的相關(guān)問題？（不計重力）向度1：電荷的速度方向平行于磁場方向?qū)⒆鍪裁催\(yùn)動?向度2：電荷的速度方向垂直于磁場方向?qū)⒆鍪裁催\(yùn)動?向度3：推導(dǎo)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(yù)習(xí)情況，再總結(jié)呈現(xiàn)在大卡上，懸掛到教室墻邊的繩子上搭建EEPO平臺，設(shè)計多向度問題，讓學(xué)生可以有選擇權(quán)去完成自己認(rèn)為可以完成的問題。組成學(xué)習(xí)小組培養(yǎng)學(xué)生良好的合作能力，小組成員先交互再總結(jié)增加關(guān)鍵知識點(diǎn)的強(qiáng)化次數(shù)。上節(jié)課已經(jīng)學(xué)習(xí)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(qiáng)化對兩個重點(diǎn)公式的記憶，第四個問題是讓學(xué)生復(fù)習(xí)這節(jié)課將用到的電場的相關(guān)知識。教師選擇小組發(fā)言、點(diǎn)評該組代表到本組大卡前闡述本小組答案，其他同學(xué)傾聽采用EEPO平臺設(shè)計中的大卡張貼，讓學(xué)生可以看到每組的答案，增加知識點(diǎn)的強(qiáng)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(yàn)證之前學(xué)生均從受力分析得到電荷運(yùn)動情況教師演示，學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，驗(yàn)證自己的預(yù)測是否正確。觀看課件幾張圖片關(guān)于“19世紀(jì)末科學(xué)家發(fā)現(xiàn)大量微觀帶電粒子”觀看在自然導(dǎo)入洛倫茲力的在科技反面應(yīng)用的同時，滲透物理學(xué)史，有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)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(zhì)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(yīng)用 牛刀小試-設(shè)計方案：設(shè)計能測定運(yùn)動電荷電性的方案教師引導(dǎo)一：先展示圖片（偏轉(zhuǎn)磁場、偏轉(zhuǎn)電場、加速電場）引導(dǎo)：人類設(shè)計不會憑空設(shè)計，都要根據(jù)已有知識設(shè)計，現(xiàn)在

8、元部件就這么多，怎么設(shè)計？教師引導(dǎo)二：設(shè)計方案不唯一教師加入學(xué)生的小組討論之中，傾聽學(xué)生的思路，適時點(diǎn)撥。在學(xué)生的交流過程中，教師適時提出學(xué)生設(shè)計或交流時忽略的問題，如：正負(fù)電荷在你設(shè)計的場中怎么走？你們怎樣從而區(qū)分出正負(fù)點(diǎn)，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(shè)計方案來解決區(qū)分電性問題，充分喚醒學(xué)生已有知識，在原有基礎(chǔ)上不斷生長，誘導(dǎo)了學(xué)生無窮的創(chuàng)造力。換個角度學(xué)習(xí)知識，以前都是采用宣講的方法，告訴學(xué)生利用偏轉(zhuǎn)磁場、偏轉(zhuǎn)電場可測帶電粒子電性，讓學(xué)生通過帶電粒子的運(yùn)動軌跡判斷電性。本次教學(xué)換個角度處理這個問題，讓學(xué)生自己設(shè)計

9、方案區(qū)分電性，開闊了學(xué)生的思路，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣 教師選擇小組發(fā)言、點(diǎn)評， 該組代表到本組大卡前闡述本小組設(shè)計方案，其他同學(xué)傾聽學(xué)生交流的過程也是相互學(xué)習(xí)的過程，既給學(xué)生提供充分展示自己的機(jī)會，又使聆聽的學(xué)生從別人的設(shè)計中得到有益的啟發(fā)，使學(xué)生充分認(rèn)識到合作與交流的重要性。教師總結(jié)：利用偏轉(zhuǎn)磁場、偏轉(zhuǎn)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(zhuǎn)這個知識點(diǎn)觀看、感受讓學(xué)生感受到體會到偉大的發(fā)現(xiàn)其實(shí)并不像我們想象的深奧，提高對物理的學(xué)習(xí)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(jìn)行思考，學(xué)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(jī)?！澳銈兊南敕ê涂茖W(xué)家一樣的！”播放新聞視頻“歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)再創(chuàng)能級紀(jì)錄”。觀看學(xué)生對于教師的這句贊賞的話反應(yīng)熱烈，抽象的高能物理科學(xué)在這刻變得“平易近人” 通過視頻激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和求知的欲望，活躍氣氛、同時引出本重點(diǎn)內(nèi)容：回旋加速器。提問：“視頻中要使質(zhì)子流的能量達(dá)到3.5億ev，如何獲得？”進(jìn)一步引導(dǎo)：這次我們需要哪個元部件？（同時再次展示圖片：偏轉(zhuǎn)磁場、偏轉(zhuǎn)電場、加速電場）思考、回答答案：加速電場在第一次方案設(shè)計的基礎(chǔ)上，學(xué)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(zhì)子，要使能量達(dá)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(diǎn)，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(shè)計方案：目前我們的技術(shù)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(shè)計一個給質(zhì)子加速到3.5萬億eV的方案。 教師巡回指導(dǎo)，針對學(xué)生設(shè)計中出現(xiàn)的困難及時給予幫助，啟發(fā)設(shè)計多次（多級）加速，解決質(zhì)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(shè)計多次（多級）加速電場，解決質(zhì)子加速問題，充分喚醒學(xué)生已有知識，在原有基礎(chǔ)上

12、不斷生長，誘導(dǎo)了學(xué)生無窮的創(chuàng)造力教師選擇小組發(fā)言、點(diǎn)評該組代表到本組大卡前闡述本小組設(shè)計方案，其他同學(xué)傾聽（在只利用加速電場的前提下，學(xué)生只能設(shè)計出直線加速器）學(xué)生交流的過程也是相互學(xué)習(xí)的過程，既給學(xué)生提供充分展示自己的機(jī)會，又使聆聽的學(xué)生從別人的設(shè)計中得到有益的啟發(fā)，使學(xué)生充分認(rèn)識到合作與交流的重要性首先肯定直線加速器能實(shí)現(xiàn)質(zhì)子加速然后提出反思：這個儀器設(shè)計中存在問題？教師引導(dǎo)：1、計算出需要加速電場的個數(shù)；2、分析質(zhì)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(dǎo)學(xué)生分析出直線加速器存在的兩個不足思考、回答總結(jié)：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(fù)功，會減速讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程：提出要求-用已有的知識設(shè)計方案-反思不足-改進(jìn)設(shè)計教師提出既然存在不足，怎么解決？自然引導(dǎo)出“回旋加速器”思考通過學(xué)生反思出直線加速器的不足，自然引導(dǎo)出改進(jìn)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(dá)國家大型加速器圖片等觀看、記錄 學(xué)生經(jīng)過前面的高強(qiáng)度思考、設(shè)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(dāng)?shù)牡胤綍和Ｖv解，期間讓學(xué)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(dāng)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(yùn)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(dǎo)學(xué)生處理洛倫茲力兩個重要公式：1、,半徑與速度的關(guān)系？2、,T與什么有關(guān)？交變電場的周期與之有什么關(guān)系嗎？ 學(xué)生自己總結(jié)1、每次加速，半徑不斷增大2、可知粒子運(yùn)動的周期與半徑、速率無關(guān)，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(yùn)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(shí)例中的分析，學(xué)生可以自己做結(jié)論，加深學(xué)生對這兩個重要公式的理解培養(yǎng)學(xué)生分析信息的能力

15、，提高學(xué)生的信息素養(yǎng)自主總結(jié)引導(dǎo)學(xué)生從知識所得（基礎(chǔ)點(diǎn)，重點(diǎn)，難點(diǎn)）、能力所獲（分析問題和解決問題方法）、情感體驗(yàn)各方面進(jìn)行總結(jié)。回憶、表達(dá)自主建構(gòu) 鞏固練習(xí)練習(xí)：回旋加速器中磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，D形盒的直徑為d，用該回旋加速器加速質(zhì)量為m、電量為q的粒子，設(shè)粒子加速前的初速度為零。求：1、粒子的回轉(zhuǎn)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(xué)生應(yīng)掌握的基礎(chǔ)題個性化教學(xué)4、如果盡量增強(qiáng)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(xué)有余力的學(xué)生練習(xí)設(shè)計教學(xué)反思1本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計是設(shè)法讓學(xué)生體會到

16、現(xiàn)今高能物理領(lǐng)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(yīng)用。此課的設(shè)計，強(qiáng)調(diào)了教學(xué)的課前、課中、課后三個環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，在課前，讓學(xué)生利用已有知識預(yù)習(xí)并完成微觀粒子運(yùn)動判斷，課堂中通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證學(xué)生的結(jié)果。在涉及回旋加速器的學(xué)習(xí)時，由于儀器較大型抽象，無配套實(shí)驗(yàn)儀器，并且概念內(nèi)涵較深、外延較廣，在不違背新課程標(biāo)準(zhǔn)的前提下，在本節(jié)課教學(xué)過程中，對教材進(jìn)行了一系列的創(chuàng)新，以反映學(xué)科發(fā)展新動態(tài)的大型強(qiáng)子對撞視頻引出，提出適度開放問題，啟發(fā)利用公式、學(xué)生自己設(shè)計方案來解決質(zhì)子加速問題，充分喚醒學(xué)生已有知識，在原有基礎(chǔ)上不斷生長，誘導(dǎo)了學(xué)生無窮的創(chuàng)造力，再由學(xué)生反思提出自己設(shè)計的缺陷，開闊了學(xué)生的思路，讓學(xué)生參與實(shí)踐。這些改革有利于培養(yǎng)學(xué)生的興趣，提高學(xué)生的分析問題和解決問題的能力。課后學(xué)生自主總結(jié)，有助于增進(jìn)學(xué)生對物理知識的理解，進(jìn)一步加強(qiáng)發(fā)展學(xué)生的探究