高中物理-磁場對運動電荷的作用教學設計學情分析教材分析課后反思

第2節(jié)磁場對運動電荷的作用教學設計【考綱要求】1.會判斷洛倫茲力的方向，會計算洛倫茲力的大小；2.了解電子束的磁偏轉原理以及在科學技術中的應用?！窘虒W目標】1、知識與技能：①知道什么是洛倫茲力，會判斷洛倫茲力的方向；②知道洛倫茲力大小的推導過程；③會利用本節(jié)課學的知識簡單解釋電視顯像管的工作原理。2、過程與方法：①通過對安培力微觀本質的猜測，培養(yǎng)學生的聯(lián)想和猜測能力；②通過推導洛倫茲力的公式，培養(yǎng)學生的邏輯推理能力；③通過演示實驗，培養(yǎng)學生的觀察能力。3、情感態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)學生的科學思維和研究方法，引導學生觀察、分析、推理能力。【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過程?！窘虒W準備】感應圈，陰極射線管，蹄形磁鐵，多媒體課件，“太陽風”視頻和“美麗的極光”視頻【教學方法】講解、演示實驗，小組合作學習【教學過程】情境導入：展示“美麗的極光”的圖片，并進一步欣賞這一自然界中最美麗的奇觀之一的視頻，并提出問題：為什么這種美麗的現(xiàn)象只出現(xiàn)在兩極呢？極光產生的原理是什么呢？為了揭開這些奧秘，今天開始學習第二節(jié)——磁場對運動電荷的作用。二、引導學生猜想：磁場對運動電荷有力的作用通過右圖引導學生復習：安培力──磁場對通電導線（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)設計思想：使學生對安培力和洛倫茲力的關系有一定的心理預期，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（1）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。（2）演示：

①在沒有外磁場時，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。

②將蹄形磁鐵靠近電子射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運動軌跡發(fā)生了偏轉。

提問：電子束的偏轉說明了什么？

電子受到力的作用。

（3）結論：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念荷蘭物理學家洛倫茲。洛倫茲，荷蘭物理學家、數(shù)學家，1853年7月18日出生。小學和中學時，成績優(yōu)異，少年時就對物理學感興趣，同時還廣泛地閱讀歷史和小說，并且熟練地掌握多門外語。1870年洛倫茲考入萊頓大學，學習數(shù)學、物理和天文。1875年獲博士學位。1895年，洛倫茲首先提出了運動電荷產生磁場和磁場對運動電荷有作用力的觀點，為紀念他，人們稱這種力為洛倫茲力。愛因斯坦在洛倫茲墓前致詞說：洛倫茲對我產生了最偉大的影響，他是“我們時代最偉大、最高尚的人”。設計思想：引導學生學習科學家們勇于探索、追求真理的科學精神。洛倫茲力既然是一個力，那我們應該研究它的什么呢？答案是：方向、大小。三、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，引導學生猜想洛倫茲力的方向跟什么因素有關？

2．引導學生思考安培力與洛倫茲力之間的關系：

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：進一步觀察電子束垂直進入磁場時的偏轉，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。

設計思想：體現(xiàn)物理是以實驗為基礎的學科，科學實驗是揭示自然規(guī)律的重要方法和手段。培養(yǎng)學生科學研究最基本的思維方法：分析推理──猜想──實驗驗證──得出結論。

引導學生總結洛倫茲力的方向的判斷──左手定則的具體內容：

伸開左手，使大拇指和其余四指垂直且處于同一平面內，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，若四指指向是負電荷運動的反方向，那么拇指所指的方向就是負電荷所受洛倫茲力的方向。

（強調：四指指向是負電荷運動的反方向）【例1】利用左手定則判斷電荷所缺量的方向或電荷的電性。

四、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出運動電荷受到的洛倫茲力的大小呢？點撥學生：建立物理模型，注意分析問題情景的關鍵點。問題情景：設有一段橫截面積為S，長度為L的通電導線，電流大小為I，垂直放在磁感應強度為B的勻強磁場中，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，導體內總的電荷數(shù)為N，（應先建立物理模型，再循序漸進有條理地推導，這一個過程可放手讓學生完成，體現(xiàn)學習的自主性。）

1．導體內總的粒子數(shù)為多少？（N=nSL）

2．算出q與電流I的關系？（I=nqvS）

3．導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）

設計思想：這是本課的難點，結合教材中的思考與討論、根據(jù)學生的認識規(guī)律將復雜問題簡單化，設置四個小問題讓學生依次去探究，這樣就為生學生提供解決問題的邏輯線索，降低解決問題的難度，鍛煉學生的邏輯推理能力。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（通過設置一些中間量，最后將其消掉得出我們所需要的結論）。

找一個學生進行板演，巡視其他學生的推導情況，并讓板演的同學給其他同學講解推導過程。

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，勻強磁場中）

當v∥B時，F(xiàn)洛=0（類比安培力，B∥L時F安=0）

學生思維發(fā)散：當v與B既不垂直，又不平行時，洛倫茲力的大小又如何求？

（處理方法類比安培力：將磁感強度或速度分解，設當粒子運動方向與磁感應強度方向成θ時，F(xiàn)洛=qvBsinθ。此問題教學大綱不做要求，有興趣的同學課下再探討。）

設計思想：將安培力和洛倫茲力的大小關系作比，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，提高教學效率?！纠?】一個電子的速率V=3×106m/s，垂直射入B=0.1T的勻強磁場中，它所受的洛倫茲力為多大？電子的重力多大？（q=1.6×10-19C，m=9.1×10-31kg）五、洛倫茲力的實際應用

理論來自于實踐，更要服務于實踐。

1．既然我們已經知道的洛倫茲力大小和方向的判斷方法，請學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？

（地磁場對直射地球的宇宙射線的阻擋作用在赤道附近最強，兩極地區(qū)最弱）?！纠?】（單選）從太陽或其他星體上放射出的宇宙射線中含有大量的高能帶電粒子，這些高能粒子流到達地球會對地球上的生命帶來危害，但是由于地球周圍存在磁場，地磁場能改變宇宙射線中帶電粒子的運動方向，對地球上的生命起到保護作用，如圖所示，那么（）A．地磁場對宇宙射線的阻擋作用各處相同；B．地磁場對垂直射向地球表面的宇宙射線的阻擋作用在南、北兩極最強，赤道附近最弱；C．地磁場對垂直射向地球表面的宇宙射線的阻擋作用在南、北兩極最弱，赤道附近最強；D．地磁場會使沿地球赤道平面內射來的宇宙射線中的帶電粒子向兩極偏轉?；乜垡婚_始觀看視頻后學生存在的疑問：因為在兩極帶電粒子受到的洛倫茲力最弱，所以帶電粒子在兩極最為集中，兩極的大氣層受到帶電子的轟擊而發(fā)光，就是我們一開始看到的美麗的極光現(xiàn)象。2．電視顯像管的工作原理

（1）原理：應用電子束磁偏轉的道理。

（2）構造：由電子槍（陰極）、偏轉線圈、熒光屏等組成，介紹各部分的作用。

設計思想：學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用，也能讓學生與課本、學生與學生間充分對話，培養(yǎng)學生運用知識和總結規(guī)律的能力。

【課堂小結】（讓學生去總結本節(jié)課的主要內容）

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

洛倫茲力大小：電荷的運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】讓學生根據(jù)所本節(jié)所學的知識去探究生活和科技中還有哪些應用洛倫茲力的例子，課后進行交流。這樣設計可以增強學生學習的興趣，開闊學生的視野，使學生的思維得到發(fā)散?！窘虒W反思】

1．教學各項目標基本完成。2．分析推理──猜想──實驗驗證──得出結論是科學研究最基本的思維方法，要給學生更多的思維空間，探究層次還可深入些。

3．課堂處理過程要注意關鍵位置的引導，還應更關注學生的個體差異。

4．在今后教學中多設置探究題目，讓學生探究得出結論，培養(yǎng)學生自主學習的能力，提高教學效率。《磁場對運動電荷的作用》學情分析基礎知識：學生知道安培力及其大小的計算和方向的判斷；知道電荷定向移動形成電流，也知道電流的微觀表達式。能力基礎：學生有較強的觀察、建模和推理能力，思維也有比較全面；態(tài)度基礎:大部分學生樂于觀察、善于思考，對新鮮事物保留著濃厚的探究興趣。依據(jù)高中物理課程標準和考試大綱，本節(jié)課有如下教學目標：1、知識與技能：①知道什么是洛倫茲力，會判斷洛倫茲力的方向；②知道洛倫茲力大小的推導過程；③會利用本節(jié)課學的知識簡單解釋電視顯像管的工作原理。2、過程與方法：①通過對安培力微觀本質的猜測，培養(yǎng)學生的聯(lián)想和猜測能力；②通過推導洛倫茲力的公式，培養(yǎng)學生的邏輯推理能力；③通過演示實驗，培養(yǎng)學生的觀察能力。3、情感態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)學生的科學思維和研究方法，引導學生觀察、分析、推理能力。通過本節(jié)教學，要向學生傳達物理學的基本研究方法：即“推理---假設---實驗驗證”的研究方法，并且通過本節(jié)教學培養(yǎng)學生對物理的學習興趣。《磁場對運動電荷的作用》效果分析展示“美麗的極光”的圖片，并進一步欣賞這一自然界中最美麗的奇觀之一的視頻，學生對視頻確實很感興趣，也感覺到非常震撼和奇妙，從而很好地激發(fā)了學生學習本節(jié)課的興趣。隨后提出問題：為什么這種美麗的現(xiàn)象只出現(xiàn)在兩極呢？極光產生的原理是什么呢？很自然地引出了本節(jié)課的內容——磁場對運動電荷的作用。接下來通過第一節(jié)已經學習過的安培力過渡到洛倫茲力，有效地降低了學生學習的難度，引導學生體會安培力和洛倫茲力之間的關系，并進一步通過陰極射線管的演示實驗進行驗證，實驗現(xiàn)象也較為明顯，加深了學生對洛倫茲力存在的理解。再進一步結合陰極射線管的演示實驗，結合安培力和洛倫茲力之間的關系，明確洛倫茲力方向判定—左手定則，并通過例題1鞏固和強化，學生能熟練掌握左手定則。洛倫茲力大小的推導，是本節(jié)課的難點，引導學生根據(jù)課本和學案上的提示，結合原有知識自己推導，體會其中的過程，這樣既復習了舊知識，也能很順暢地推導出洛倫茲力的公式。最后簡單介紹洛倫茲力的實際應用，如地磁場對太陽風的阻礙作用、極光、電視機顯像管等，即回扣了引入時的視頻，又引導學生將學到的知識應用于生活中。總之通過本節(jié)課的學習，進一步培養(yǎng)了學生的觀察能力和邏輯推理能力，體現(xiàn)了對現(xiàn)象──猜想──理論推導──實驗驗證等科學研究方法，為日后的學習及進行其它問題探究奠定基礎。當然還有一些不足，需要進一步改進，例如要給學生更多的思維空間，探究層次還可深入些；課堂處理過程要注意關鍵位置的引導，還應更關注學生的個體差異。

《磁場對運動電荷的作用》教材分析《磁場對運動電荷的作用》是高中物理選修3-1第六章第二節(jié)，它是在學完磁感應強度、安培力等知識的基礎上，進一步研究通電導線在磁場中受安培力作用的微觀本質。就地位而言，學好這部分知識，可以為帶電粒子在勻強磁場中的運動問題做好充分的準備，特別為解決帶電粒子在電磁場中運動的綜合問題做好必要的鋪墊。這部分知識在初中和高一都未涉及，但在前面所學通電導線在磁場中所受安培力作用的基礎上類比可以得到洛倫茲力的大小和方向，同時利用高一所學的力學方法和理論解決相關的應用問題，從而培養(yǎng)學生的分析能力、思維能力、應用數(shù)學知識的能力及應用所學知識解決問題的綜合能力。本節(jié)課的重點有兩個：一是洛倫茲力的方向判斷；二是洛倫茲力大小的計算。本節(jié)課的教學難點是洛倫茲力大小的推導，本節(jié)內容在本章的作用是承前啟后，就像橋梁一樣把前后知識搭建起來。

《磁場對運動電荷的作用》評測練習【例1】利用左手定則判斷電荷所缺量的方向或電荷的電性。【例2】一個電子的速率V=3×106m/s，垂直射入B=0.1T的勻強磁場中，它所受的洛倫茲力為多大？電子的重力多大？（q=1.6×10-19C，m=9.1×10-31kg）【例3】（單選）從太陽或其他星體上放射出的宇宙射線中含有大量的高能帶電粒子，這些高能粒子流到達地球會對地球上的生命帶來危害，但是由于地球周圍存在磁場，地磁場能改變宇宙射線中帶電粒子的運動方向，對地球上的生命起到保護作用，如圖所示，那么（）A．地磁場對宇宙射線的阻擋作用各處相同；B．地磁場對垂直射向地球表面的宇宙射線的阻擋作用在南、北兩極最強，赤道附近最弱；C．地磁場對垂直射向地球表面的宇宙射線的阻擋作用在南、北兩極最弱，赤道附近最強；D．地磁場會使沿地球赤道平面內射來的宇宙射線中的帶電粒子向兩極偏轉。當堂檢測1、（單選）下列各圖中，運動電荷的速度方向、磁感應強度方向和電荷的受力方向之間的關系正確的是 ()2、如圖表示磁場B的方向、電荷運動v的方向和磁場對運動電荷作用力f方向的相互關系，其中B、v、f的方向兩兩相垂直，正確的圖是()3、（單選）在陰極射線管上方平行放置一根通有強電流的長直導線，其電流方向從右向左，如圖，陰極射線將（）A．向紙內偏轉B．向紙外偏轉 C．向上偏轉D．向下偏轉4、(多選)下列說法正確的是()A．運動電荷不受洛倫茲力的地方一定沒有磁場B．運動電荷受的洛倫茲力方向既與其運動的方向垂直，又與磁感線方向垂直C．電子射線由于受到垂直于它的磁場作用而偏轉，這是因為洛侖茲力作用的結果D．如果把＋q改為－q，且速度反向、大小不變，則受洛倫茲力的大小不變、方向改變5、電視機顯像管是借助磁場偏轉來顯像的，已知電子的速度v=3×106m/s,垂直進入B=0.5T的偏轉磁場中，求每個電子受到的洛倫茲力的大?。俊洞艌鰧\動電荷的作用》課后反思展示“美麗的極光”的圖片，并進一步欣賞這一自然界中最美麗的奇觀之一的視頻，學生對視頻確實很感興趣，也感覺到非常震撼和奇妙，從而很好地激發(fā)了學生學習本節(jié)課的興趣。隨后提出問題：為什么這種美麗的現(xiàn)象只出現(xiàn)在兩極呢？極光產生的原理是什么呢？很自然地引出了本節(jié)課的內容——磁場對運動電荷的作用。接下來通過第一節(jié)已經學習過的安培力過渡到洛倫茲力，有效地降低了學生學習的難度，引導學生體會安培力和洛倫茲力之間的關系，并進一步通過陰極射線管的演示實驗進行驗證，實驗現(xiàn)象也較為明顯，加深了學生對洛倫茲力存在的理解。再進一步結合陰極射線管的演示實驗，結合安培力和洛倫茲力之間的關系，明確洛倫茲力方向判定—左手定則，并通過例題1鞏固和強化，學生能熟練掌握左手定則。洛倫茲力大小的推導，是本節(jié)課的難點，引導學生根據(jù)課本和學案上的提示，結合原有知識自己推導，體會其中的過程，這樣既復習了舊知識，也能很順暢地推導出洛倫茲力的公式。最后簡單介紹洛倫茲力的實際應用，如地磁場對太陽風的阻礙作用、極光、電視機顯像管等，即回扣了引入時的視頻，又引導學生將學到的知識應用于生活中?？?/p>