《第05節(jié)研究洛倫茲力》教學(xué)設(shè)計(jì)(廣東省市級(jí)優(yōu)課)x-物理教案

《研究洛倫茲力》教學(xué)設(shè)計(jì)中山市華僑中學(xué)岳鵬一、教材分析本節(jié)是粵教版選修3-1第三章第五節(jié)的內(nèi)容。洛倫茲力既是上一節(jié)內(nèi)容中為何通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中會(huì)受安培力的微觀原因，并且還是以后再物理選修3-2中電磁感應(yīng)現(xiàn)象的導(dǎo)線作切割磁感線運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的本質(zhì)原因，學(xué)好洛倫茲力是能否深入理解安培力和電磁感應(yīng)現(xiàn)象起決定性作用。教材把安培力與洛倫茲力結(jié)合在一起，這種結(jié)構(gòu)能較好地突出理論與現(xiàn)象的統(tǒng)一，使學(xué)生明白物理規(guī)律既可以從實(shí)驗(yàn)直接得出，也可以從已知規(guī)律用理論推導(dǎo)得出。二、教學(xué)目標(biāo)1.知識(shí)與技能（1）經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究洛倫茲力方向的過(guò)程，知道洛倫茲力的方向與電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直，會(huì)用左手定則判斷洛倫茲力的方向。（2）經(jīng)歷由安培力公式推導(dǎo)出洛倫茲力公式的過(guò)程，由此體會(huì)磁場(chǎng)中通電導(dǎo)線所受的安培力實(shí)際上是運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。會(huì)計(jì)算洛倫茲力的大小。2.過(guò)程與方法（1）通過(guò)觀察電子束在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)研究洛倫茲力的方向，體驗(yàn)研究物理學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法；（2）利用分析安培力產(chǎn)生的微觀原因培養(yǎng)學(xué)生的微觀想象力；（3）對(duì)比安掊力導(dǎo)出洛倫力大小的公式進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的理論推導(dǎo)能力，認(rèn)識(shí)科學(xué)探究方法的多樣性；3.情感態(tài)度與價(jià)值觀（1）通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察明確認(rèn)識(shí)洛倫茲力的存在，培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度；（2）通過(guò)對(duì)洛倫茲力的大小和方向的推導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度及提高解決問(wèn)題的能力；（3）簡(jiǎn)述洛倫茲力的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)研究的價(jià)值觀；三、教學(xué)重點(diǎn)洛倫茲力的方向和大小是本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)。四、教學(xué)難點(diǎn)洛倫茲力是安培力產(chǎn)生的微觀原因、安培力是大量運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)五、教學(xué)設(shè)計(jì)思路突破本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)要巧妙地借助安培力，所以本節(jié)課始終貫穿洛倫茲力和安培力是微觀與宏觀的關(guān)系這一主線（即安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì)）。本節(jié)課主要分為四個(gè)大環(huán)節(jié)：首先是教學(xué)引入環(huán)節(jié)，這一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)重在有趣，而且同時(shí)要有意義。所以在本環(huán)節(jié)我設(shè)計(jì)了一個(gè)“小魔術(shù)”，將示波器調(diào)出正弦波形，讓同學(xué)們猜一猜能不能讓這個(gè)波形隨著我的手“跳舞”。然后將一個(gè)條形磁鐵用布包住作為“魔棒”，魔棒靠近正弦波形，正弦波形就會(huì)隨之跳動(dòng)。讓學(xué)生猜想“魔棒是什么”，并揭曉謎底是一根磁鐵。為什么磁鐵靠近示波器，波形會(huì)發(fā)生變化？從這一問(wèn)題引入新課，激發(fā)同學(xué)們探究新知的欲望。第二個(gè)環(huán)節(jié)是關(guān)于洛倫茲力概念的得出。這個(gè)環(huán)節(jié)從上節(jié)課學(xué)習(xí)過(guò)的安培力著手，磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力叫做安培力。磁場(chǎng)對(duì)不通電導(dǎo)線沒有力的作用，通電導(dǎo)線和不通電導(dǎo)線的差別在于有沒有電流。引導(dǎo)學(xué)生說(shuō)出電流是由電荷定向移動(dòng)形成的，進(jìn)而猜想磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用嗎？猜想之后就是用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，拿出陰極射線管（電子束演示器），磁鐵靠近電子束軌跡，其發(fā)生偏轉(zhuǎn)，由此現(xiàn)象得出洛倫茲力的概念——即磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力。得出洛倫茲力的概念后，再對(duì)前面的引入實(shí)驗(yàn)進(jìn)行解釋。第三個(gè)環(huán)節(jié)是關(guān)于洛倫茲力方向的探究。本環(huán)節(jié)依舊從安培力入手，安培力是磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用，洛倫茲力是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用。而通電導(dǎo)線中的電流就是由電荷的定向移動(dòng)形成的。讓同學(xué)們大膽猜想并討論，安培力與洛倫茲力有什么關(guān)系（引導(dǎo)學(xué)生思考大小方向等方面的關(guān)系），并將同學(xué)們的猜想寫在黑板上。接著利用實(shí)驗(yàn)對(duì)同學(xué)們的猜想進(jìn)行驗(yàn)證。本環(huán)節(jié)采用的實(shí)驗(yàn)儀器是陰極射線管，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究得出洛倫茲力的方向同樣遵循左手定則，而且與運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向和磁場(chǎng)方向垂直。第四個(gè)環(huán)節(jié)是關(guān)于洛倫茲力大小的探究，本環(huán)節(jié)仍然從安培力入手。安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，即一段導(dǎo)體所受安培力等于該段導(dǎo)線內(nèi)所有電荷定向移動(dòng)所受洛倫茲力的合力。接著建立推導(dǎo)的物理模型：長(zhǎng)為L(zhǎng)的靜止的通電導(dǎo)線，它受到的安培力除以導(dǎo)線內(nèi)定向移動(dòng)的帶電粒子數(shù)目N；再考慮推導(dǎo)的目標(biāo)。抓住了以上線索，思考討論就有了方向，讓學(xué)生體會(huì)推導(dǎo)的思維線索和邏輯過(guò)程。接著利用自制教具旋轉(zhuǎn)的液體進(jìn)行實(shí)踐與拓展，再根據(jù)時(shí)間情況討論與交流。六、教學(xué)資源示波器、磁鐵、陰極射線管、自制教具——旋轉(zhuǎn)的液體（包括：硫酸銅溶液、電池組、導(dǎo)線、環(huán)形磁鐵）、多媒體課件、攝像頭、投影儀。七、教學(xué)流程圖從安培力從安培力出發(fā)，猜想磁場(chǎng)會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生力的作用，并用陰極射線管實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出洛倫茲力的概念。接著對(duì)導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)進(jìn)行解釋導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)：磁鐵使示波器波形跳動(dòng)的“小魔術(shù)”引導(dǎo)同學(xué)們猜想安培力與洛倫茲力方向和大小的關(guān)系，并通過(guò)陰極射線管實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，得出判斷洛倫茲力方向的判斷方法——左手定則。建立物理模型，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)安培力的公式理論推導(dǎo)洛倫茲力的公式，體會(huì)推導(dǎo)的思維線索和邏輯過(guò)程。實(shí)踐與拓展：自制教具，旋轉(zhuǎn)的液體。對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析回顧與小結(jié)討論與交流：1.對(duì)帶電粒子速度與磁場(chǎng)不垂直的情況進(jìn)行討論。2.分析洛倫茲力做功問(wèn)題。八、教學(xué)過(guò)程教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖一．創(chuàng)設(shè)情景、激發(fā)興趣【演示實(shí)驗(yàn)】將示波器調(diào)出正弦波形，將條形磁鐵用紙包起來(lái)作為“魔棒”靠近示波器，示波器波形發(fā)生變化。【設(shè)疑】魔棒是什么？示波器的波形為什么會(huì)變化？觀看演示實(shí)驗(yàn)，積極思考激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引入新課二．學(xué)習(xí)新課【洛倫茲力概念的建立】1.磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的力叫安培力，磁場(chǎng)對(duì)不通電導(dǎo)線沒有力的作用。提問(wèn)：通電導(dǎo)線和不通電導(dǎo)線的差別在哪？2.提問(wèn)：電流的形成和電荷有什么關(guān)系？3.思考，磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用嗎？4.實(shí)驗(yàn)：電子是微觀粒子，肉眼無(wú)法直接觀察，但電子與熒光粉碰撞能發(fā)出熒光；陰極射線管實(shí)驗(yàn)：介紹陰極射線管裝置，并演示陰極射線在磁場(chǎng)中受力發(fā)生偏轉(zhuǎn)。指出此力為洛倫茲力5.引出概念：洛倫茲力；介紹荷蘭物理學(xué)家洛倫茲6.對(duì)課堂導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)進(jìn)行解釋討論并回答：1．通電導(dǎo)線有電流2.電流是由電荷定向移動(dòng)形成的3.學(xué)生進(jìn)行猜想4.觀察實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)陰極射線，明確物理規(guī)律：運(yùn)動(dòng)電荷地磁場(chǎng)中的確受到力的作用5積極思考，了解洛倫茲力本人及其一生所取得的成就6.對(duì)導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)進(jìn)行思考，并理解。以舊引新，利用討論探究方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)力，讓學(xué)生積極參與教學(xué)活動(dòng)通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)，對(duì)照自已的猜想，解開學(xué)生心中疑問(wèn)，得到洛倫茲力的感性認(rèn)識(shí)，理解洛倫茲力的概念。通過(guò)對(duì)引入實(shí)驗(yàn)的解釋，加深對(duì)洛倫茲力概念的理解三．學(xué)習(xí)新課【探究洛倫茲力方向】1.概括：安培力是磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用，洛倫茲力是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用。而通電導(dǎo)線中的電流就是由電荷的定向移動(dòng)形成的。2.提問(wèn)：我們?nèi)绾闻袛喟才嗔Φ姆较颍?.【提問(wèn)】運(yùn)動(dòng)的電荷在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力的方向跟什么因素有關(guān)？安培力能用左手定則來(lái)判斷其，那洛倫茲力可不可以也用類似的方法來(lái)判斷呢？4.【實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證】通過(guò)陰極射線管得到電子束，介紹條形磁鐵兩極的磁感線分布情況。之后將磁鐵的N、S極靠近陰極射線管，在方向不同的磁場(chǎng)情況下，陰極射線的偏轉(zhuǎn)方向不同。5.【小結(jié)】左手定則：伸開左手，讓磁感線垂直穿入手心，四指指向?yàn)檎姾傻倪\(yùn)動(dòng)方向（負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向），拇指指向?yàn)檎姾伤艿穆鍌惼澚Ψ较颉！拘〗Y(jié)】四個(gè)手指指的是等效電流的方向，并分析洛倫茲力，電荷運(yùn)動(dòng)方向，磁場(chǎng)方向之間的關(guān)系。對(duì)同學(xué)們的猜想進(jìn)行評(píng)價(jià)四．學(xué)習(xí)新課【探究洛倫茲力大小】【引導(dǎo)思考】洛倫茲力的方向能確定了，那洛倫茲力的大小怎么計(jì)算的呢？洛倫茲力的大小是否也和安培力大小有什么關(guān)系呢？【投影】利用多媒體課件放大模擬導(dǎo)線所受安培力的微觀情景【引導(dǎo)分析】電流是由大量電荷定向移動(dòng)形成的，每個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中均受到洛倫茲力作用，即安培力為大量電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)?！疽龑?dǎo)思考】我們能不能利用安培力和洛倫茲力的這個(gè)關(guān)系，利用安培力的表達(dá)式找到洛倫茲力的表達(dá)式呢？【推理探究活動(dòng)】把一根長(zhǎng)為L(zhǎng)，通電流為I的直導(dǎo)線其垂直放入磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，推導(dǎo)出洛倫茲力的公式提示（1）：該導(dǎo)線所受的安培力的大小為多大？引導(dǎo)分析：整體上看NF洛=BIL提示（2）：若直導(dǎo)線中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)電荷的帶電量為q，導(dǎo)線的橫截面積為S，電荷定向移動(dòng)速度為v，求直導(dǎo)線中的電流I的微觀表達(dá)式I和長(zhǎng)L的導(dǎo)線中的自由電荷的個(gè)數(shù)N？提示（3）：推導(dǎo)洛倫茲力表達(dá)式【思考】若把靜止的電荷放入磁場(chǎng)，電荷是否受到洛倫茲力的作用？【引導(dǎo)分析】這個(gè)式子推導(dǎo)有一個(gè)重要的隱含條件，電流和磁感線垂直，電流和磁場(chǎng)垂直就意味著速度和磁場(chǎng)垂直，所以，該式的計(jì)算條件是什么？思考速度和磁感線平行，F(xiàn)洛等于多少？能不能用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一下？引導(dǎo)學(xué)生將條形磁鐵的一極與陰極射線管的電子束共線放置五、【實(shí)踐與拓展】：利用自制教具旋轉(zhuǎn)的液體進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)。引導(dǎo)同學(xué)們分析液體旋轉(zhuǎn)的原因?qū)W生共同討論和分析，思考安培力與洛倫茲力的關(guān)系，努力尋找兩力之間的共同點(diǎn)，并進(jìn)行猜想。回顧并再次熟悉安培力方向的判斷方法：左手定則洛倫茲力方向的判斷是否也滿足左手定則呢？大膽進(jìn)行猜想對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察，嘗試用左手定則判斷運(yùn)動(dòng)電荷受到的磁場(chǎng)力方向，對(duì)比分析是否與猜想的吻合。得出結(jié)論：洛倫茲力方向的判斷也符合左手定則。學(xué)習(xí)左手定則，明確洛倫茲力的方向判斷方法進(jìn)一步理解如何用左手定則判斷洛倫茲力將實(shí)驗(yàn)探究得到的結(jié)論與自己的猜想進(jìn)行對(duì)比。觀看模擬動(dòng)畫，學(xué)習(xí)安培力形成的微觀本質(zhì)通過(guò)類比分析，發(fā)現(xiàn)安培力是大量運(yùn)動(dòng)的電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，靜止的通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的安培力，在數(shù)值上等于大量定向運(yùn)動(dòng)電荷所受到的洛倫茲力的總和。思考問(wèn)題問(wèn)題（1）：F=BIL問(wèn)題（2）：分析計(jì)算得出I=qnsv；N=nLs問(wèn)題（3）：代入NF洛=BILnLsF洛=BqnsvL得到F洛=qvB根據(jù)計(jì)算公式，V=0則f=0，所以靜止電荷在磁場(chǎng)中不受力它的適用條件是V垂直于B，思考并回答：等于0發(fā)現(xiàn)電子束不偏轉(zhuǎn)，驗(yàn)證理論結(jié)果。將所學(xué)知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用及生活中的現(xiàn)象聯(lián)系起來(lái)。以舊引新，利用討論探究方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)力，讓學(xué)生積極參與教學(xué)活動(dòng)熟悉左手定則的使用，為下面的教學(xué)做鋪墊。實(shí)驗(yàn)生動(dòng)形象，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和探究新知的欲望。通過(guò)左手定則的得出過(guò)程，訓(xùn)練學(xué)生的類比分析能力初步學(xué)習(xí)了第一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容通過(guò)討論正負(fù)兩種電荷在磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的受力方向區(qū)別，使學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S方式鞏固并練習(xí)左手定則的使用，變抽象為直觀共同分析，快樂(lè)學(xué)習(xí)，師生互動(dòng)，和諧課堂，體現(xiàn)師生互動(dòng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，圓滿完成第一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容的教學(xué)通過(guò)分析電流的微觀形成，提高學(xué)生對(duì)微觀世界的假想能力在學(xué)習(xí)過(guò)程中能用電腦模擬微觀放大手段為物理學(xué)習(xí)服務(wù)，使抽象的事物形象化，更好地理解安培力是大量電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)的意義；通過(guò)微觀受力圖突破難點(diǎn)建立物理模型，安培力為通電導(dǎo)體內(nèi)所有自由電荷受到洛倫茲力的合力。得出表達(dá)式NF洛=BIL培養(yǎng)學(xué)生建立物理模型的能力抓住思考的方向，讓學(xué)生體會(huì)推導(dǎo)的思維線索和邏輯過(guò)程。學(xué)生自己推導(dǎo)出表達(dá)式，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的成就感。對(duì)洛倫茲力公式進(jìn)行進(jìn)一步的理解，理