洛倫茲力的應(yīng)用+作業(yè)設(shè)計(jì)方案 高二下學(xué)期物理教科版（2019）選擇性必修第二冊(cè)

《洛倫茲力的應(yīng)用》作業(yè)設(shè)計(jì)方案一、作業(yè)設(shè)計(jì)的目標(biāo)洛倫茲力是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力，這部分知識(shí)比較抽象但非常重要。作業(yè)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)首先是讓學(xué)生理解洛倫茲力的概念、大小、方向等基礎(chǔ)知識(shí)，并且能夠熟練運(yùn)用公式進(jìn)行計(jì)算。其次呢，要讓學(xué)生通過作業(yè)深入理解洛倫茲力在實(shí)際生活中的各種應(yīng)用，像回旋加速器、質(zhì)譜儀這些儀器的原理。最后，希望能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，讓他們學(xué)會(huì)從物理原理去分析和解決實(shí)際問題。就拿我之前教過的一個(gè)班級(jí)來(lái)說吧，有個(gè)叫小剛的學(xué)生，他對(duì)物理實(shí)驗(yàn)特別感興趣。每次上物理實(shí)驗(yàn)課的時(shí)候，他都特別積極，眼睛里總是閃爍著好奇的光芒。在學(xué)習(xí)洛倫茲力這部分知識(shí)之前，他就老問我一些關(guān)于磁場(chǎng)和電荷的問題，比如“磁場(chǎng)是不是到處都有啊”“電荷為啥會(huì)受到力的作用呢”。但是當(dāng)真正開始學(xué)習(xí)洛倫茲力的時(shí)候，他就有點(diǎn)懵了，尤其是在理解洛倫茲力方向的判斷和公式的運(yùn)用上。所以啊，這部分作業(yè)要是設(shè)計(jì)得好，就能讓像小剛這樣的學(xué)生對(duì)洛倫茲力有更透徹的理解。二、作業(yè)類型與內(nèi)容1、基礎(chǔ)型作業(yè)（1）概念鞏固讓學(xué)生用自己的話描述洛倫茲力的定義，不少于50個(gè)字。比如說，洛倫茲力就是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力，這個(gè)力和電荷的電量、運(yùn)動(dòng)速度、磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度都有關(guān)系呢。在描述的時(shí)候，要把這些關(guān)鍵要素都包含進(jìn)去。填空：洛倫茲力的大小公式為F＝（），其中q表示（），v表示（），B表示（）。這可以幫助學(xué)生牢記洛倫茲力大小的計(jì)算公式以及公式中每個(gè)字母所代表的物理量。（2）方向判斷給出一些簡(jiǎn)單的情景，讓學(xué)生判斷洛倫茲力的方向。例如，一個(gè)正電荷以速度v垂直進(jìn)入磁場(chǎng)B中，讓學(xué)生用左手定則判斷洛倫茲力的方向。并且要詳細(xì)寫出判斷的步驟，就像先伸出左手，讓磁感線垂直穿過手心，四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向，那么大拇指所指的方向就是洛倫茲力的方向。選擇題：下面關(guān)于洛倫茲力方向判斷正確的是（）。A選項(xiàng)是按照錯(cuò)誤的方法判斷的，B選項(xiàng)是在特殊情況下的錯(cuò)誤判斷，C選項(xiàng)是正確的判斷方法，D選項(xiàng)是混淆了洛倫茲力和安培力方向判斷的情況。通過這樣的選擇題，可以讓學(xué)生在對(duì)比中更好地掌握洛倫茲力方向判斷的正確方法。2、拓展型作業(yè)（1）公式應(yīng)用計(jì)算題：一個(gè)電子以速度v＝3×10?m/s垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，求電子所受到的洛倫茲力的大小。在解題過程中，要求學(xué)生寫出已知條件、所用公式、代入數(shù)據(jù)的過程以及最后的答案。這樣可以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕忸}習(xí)慣。簡(jiǎn)答題：如果一個(gè)帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，請(qǐng)推導(dǎo)其運(yùn)動(dòng)半徑r和周期T的公式。這就需要學(xué)生對(duì)洛倫茲力和向心力的知識(shí)有很好的整合能力，并且能夠進(jìn)行公式推導(dǎo)。（2）實(shí)際案例分析讓學(xué)生分析回旋加速器的工作原理。要求畫出簡(jiǎn)單的原理圖，并且在圖上標(biāo)注出洛倫茲力在其中的作用。比如，在回旋加速器中，帶電粒子在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力的作用做圓周運(yùn)動(dòng)，通過電場(chǎng)不斷加速。學(xué)生要能夠把這個(gè)過程詳細(xì)地描述出來(lái)。講述質(zhì)譜儀是如何利用洛倫茲力來(lái)測(cè)定粒子的質(zhì)量的。學(xué)生要從粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡、洛倫茲力與其他力的關(guān)系等方面進(jìn)行闡述。3、探究型作業(yè)（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)假設(shè)給學(xué)生提供一些基本的實(shí)驗(yàn)器材，如磁鐵、帶電粒子源、可調(diào)節(jié)電場(chǎng)的裝置等，讓學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證洛倫茲力的存在和方向。要求寫出實(shí)驗(yàn)步驟、預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及如何根據(jù)現(xiàn)象得出結(jié)論。小剛對(duì)這個(gè)作業(yè)就特別上心，他設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟特別詳細(xì)。他先把帶電粒子源固定好，然后調(diào)整磁鐵的位置，讓磁場(chǎng)方向垂直于粒子的運(yùn)動(dòng)方向。他預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是帶電粒子會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并且根據(jù)粒子偏轉(zhuǎn)的方向就可以用左手定則驗(yàn)證洛倫茲力的方向。（2）科技小論文讓學(xué)生查閱資料，寫一篇關(guān)于洛倫茲力在現(xiàn)代科技中的新應(yīng)用的科技小論文。字?jǐn)?shù)要求不少于800字。學(xué)生需要去搜索洛倫茲力在像磁流體發(fā)電、電子顯微鏡等新科技中的應(yīng)用，然后進(jìn)行整理和分析，闡述其原理和重要性。三、作業(yè)難度分層1、對(duì)于學(xué)習(xí)能力較弱的學(xué)生重點(diǎn)完成基礎(chǔ)型作業(yè)。在概念鞏固作業(yè)中，如果描述洛倫茲力定義有困難，可以先從課本上找一些關(guān)鍵句子進(jìn)行組合。在方向判斷作業(yè)中，多做一些簡(jiǎn)單的例題，并且老師可以給予一對(duì)一的指導(dǎo)，比如針對(duì)左手定則的使用，手把手地教他們?nèi)绾螖[放手指。在做基礎(chǔ)型的選擇題和填空題時(shí)，可以允許他們多參考課本知識(shí)點(diǎn)。2、對(duì)于中等學(xué)習(xí)能力的學(xué)生在完成基礎(chǔ)型作業(yè)的基礎(chǔ)上，要認(rèn)真做好拓展型作業(yè)。在公式應(yīng)用的計(jì)算題中，要求計(jì)算準(zhǔn)確無(wú)誤，并且能夠?qū)τ?jì)算結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析。在簡(jiǎn)答題的公式推導(dǎo)中，要步驟完整、邏輯清晰。在實(shí)際案例分析作業(yè)中，能夠準(zhǔn)確地畫出原理圖，并且對(duì)原理的闡述要條理清楚。3、對(duì)于學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生要高質(zhì)量地完成基礎(chǔ)型和拓展型作業(yè)，并且在探究型作業(yè)中有更深入的探索。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)作業(yè)中，除了完成基本的要求外，還可以對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，比如如何提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，如何減少外界因素的干擾等。在科技小論文作業(yè)中，要求論文內(nèi)容豐富、有自己的觀點(diǎn)，并且能夠?qū)β鍌惼澚υ谖磥?lái)科技發(fā)展中的應(yīng)用進(jìn)行一定的展望。四、作業(yè)評(píng)價(jià)方式1、教師評(píng)價(jià)（1）對(duì)于基礎(chǔ)型作業(yè)，在概念鞏固方面，主要看學(xué)生對(duì)洛倫茲力定義的描述是否準(zhǔn)確全面。如果描述完整且有條理，就給予表?yè)P(yáng)，比如寫個(gè)“定義描述得很準(zhǔn)確，不錯(cuò)！”對(duì)于填空作業(yè)，檢查答案是否正確，如果全對(duì)就打個(gè)勾，有錯(cuò)誤的話就圈出來(lái)讓學(xué)生改正。在方向判斷作業(yè)中，查看學(xué)生判斷的結(jié)果是否正確，以及判斷步驟是否詳細(xì)準(zhǔn)確。如果步驟完整且結(jié)果正確，就在旁邊畫個(gè)小五角星。（2）對(duì)于拓展型作業(yè)，在公式應(yīng)用的計(jì)算題中，檢查計(jì)算過程是否準(zhǔn)確，答案是否正確，單位是否正確。如果計(jì)算過程清晰、答案準(zhǔn)確、單位無(wú)誤，就給予較高的分?jǐn)?shù)。在簡(jiǎn)答題的公式推導(dǎo)中，看推導(dǎo)的邏輯是否嚴(yán)謹(jǐn)，步驟是否完整。如果推導(dǎo)過程完美，就寫上“推導(dǎo)很精彩！”在實(shí)際案例分析作業(yè)中，評(píng)價(jià)原理圖是否正確，原理闡述是否清晰準(zhǔn)確。如果原理圖準(zhǔn)確且闡述清楚，就給予肯定的評(píng)語(yǔ)，像“對(duì)回旋加速器原理分析得很到位！”（3）對(duì)于探究型作業(yè)，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)作業(yè)中，評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)步驟是否合理可行，預(yù)期現(xiàn)象是否合理，結(jié)論是否正確。如果實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)很有創(chuàng)意，就特別表?yè)P(yáng)，比如“這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)很獨(dú)特，非常棒！”在科技小論文作業(yè)中，評(píng)價(jià)論文的內(nèi)容是否豐富，資料是否準(zhǔn)確，觀點(diǎn)是否新穎。如果論文質(zhì)量高，就給予優(yōu)秀的等級(jí)。2、學(xué)生自評(píng)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)自己的作業(yè)進(jìn)行自我評(píng)價(jià)。在完成基礎(chǔ)型作業(yè)后，讓學(xué)生自己檢查概念的描述是否準(zhǔn)確，填空答案是否正確，方向判斷是否有誤。在拓展型作業(yè)中，學(xué)生自己思考公式應(yīng)用是否熟練，簡(jiǎn)答題的推導(dǎo)是否有漏洞，實(shí)際案例分析是否全面。在探究型作業(yè)中，自己評(píng)估實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是否可行，科技小論文是否達(dá)到自己的預(yù)期。3、學(xué)生互評(píng)組織學(xué)生進(jìn)行作業(yè)互評(píng)。讓學(xué)生交換作業(yè)，互相評(píng)價(jià)。在互評(píng)的基礎(chǔ)上型作業(yè)時(shí)，互相學(xué)習(xí)對(duì)方對(duì)概念的理解和表述方式。在拓展型作業(yè)中，學(xué)習(xí)別人公式推導(dǎo)的思路和實(shí)際案例分析的角度。在探究型作業(yè)中，互相交流實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)意和科技小論文的寫作經(jīng)驗(yàn)。通過這樣的作業(yè)設(shè)計(jì)方案，希望能夠讓學(xué)生在學(xué)習(xí)洛倫茲力的應(yīng)用這部分知識(shí)的時(shí)候，不僅掌握了知識(shí)，還能提高各種能力，就像小剛一樣，從最初的困惑到后來(lái)能夠設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)，對(duì)洛倫茲力有了更深入的理解，在課堂上也更加積極主動(dòng)地回答問題，帶動(dòng)了整個(gè)班級(jí)的學(xué)習(xí)氛圍呢。1、書面作業(yè)的細(xì)化（1）基礎(chǔ)型書面作業(yè)概念鞏固書面作業(yè)：洛倫茲力定義描述要求學(xué)生不能簡(jiǎn)單地照抄課本，要對(duì)課本中的定義進(jìn)行理解和加工。例如，要從洛倫茲力與磁場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)電荷之間的關(guān)系入手，描述洛倫茲力是如何產(chǎn)生的，它與電荷的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及磁場(chǎng)的特性有怎樣的關(guān)聯(lián)。在描述過程中，學(xué)生如果能夠舉一些簡(jiǎn)單的例子，如電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)受到洛倫茲力，就更好了。對(duì)于填空作業(yè)，除了填寫正確的公式和物理量外，還可以讓學(xué)生簡(jiǎn)要說明每個(gè)物理量的單位以及它們之間的數(shù)量關(guān)系。方向判斷書面作業(yè)：在給出情景讓學(xué)生判斷洛倫茲力方向時(shí)，可以增加一些復(fù)雜一點(diǎn)的情景，比如電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向成一定角度（非垂直情況），這就需要學(xué)生先將速度分解，然后再根據(jù)左手定則判斷洛倫茲力的方向。在寫判斷步驟的時(shí)候，要求學(xué)生詳細(xì)解釋每一步的依據(jù)，比如為什么要將速度分解，分解后的速度分量在判斷洛倫茲力方向時(shí)起到了什么作用。選擇題的設(shè)計(jì)也可以更加多樣化，除了直接考查方向判斷的正誤外，還可以考查在不同坐標(biāo)系下洛倫茲力方向的表示，或者是在多個(gè)電荷同時(shí)存在時(shí)洛倫茲力的合成方向判斷。（2）拓展型書面作業(yè)公式應(yīng)用書面作業(yè)：在計(jì)算題中，除了常規(guī)的已知速度、磁感應(yīng)強(qiáng)度和電荷量求洛倫茲力大小外，還可以增加一些條件，如粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后改變了運(yùn)動(dòng)方向，然后再求洛倫茲力大小。這就要求學(xué)生要根據(jù)新的運(yùn)動(dòng)方向重新確定洛倫茲力的大小。在解題過程中，要求學(xué)生對(duì)每一步的計(jì)算進(jìn)行解釋，為什么要這樣計(jì)算，依據(jù)是什么。簡(jiǎn)答題的公式推導(dǎo)要求學(xué)生不僅要推導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)半徑r和周期T的公式，還要對(duì)推導(dǎo)過程中的每一個(gè)等式進(jìn)行物理意義的解釋。例如，在推導(dǎo)r＝mv／qB時(shí)，要解釋mv是粒子的動(dòng)量，為什么洛倫茲力提供向心力時(shí)可以得到這個(gè)等式，以及這個(gè)等式在實(shí)際物理情景中的意義。實(shí)際案例分析書面作業(yè)：在分析回旋加速器的工作原理時(shí)，除了畫出原理圖和標(biāo)注洛倫茲力的作用外，還要求學(xué)生分析回旋加速器的能量限制因素，以及如何通過改進(jìn)設(shè)計(jì)來(lái)提高粒子的能量。在講述質(zhì)譜儀測(cè)定粒子質(zhì)量的原理時(shí)，讓學(xué)生推導(dǎo)根據(jù)粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算粒子質(zhì)量的公式，并分析在實(shí)際操作中可能影響測(cè)量精度的因素。（3）探究型書面作業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)書面作業(yè)：在要求學(xué)生設(shè)計(jì)驗(yàn)證洛倫茲力存在和方向的實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以讓學(xué)生詳細(xì)分析實(shí)驗(yàn)中可能存在的誤差來(lái)源，并提出減小誤差的方法。例如，在使用可調(diào)節(jié)電場(chǎng)的裝置時(shí)，電場(chǎng)的不均勻性可能會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，學(xué)生要分析這種影響的大小以及如何通過改進(jìn)裝置或者實(shí)驗(yàn)方法來(lái)減小這種影響。同時(shí)，要求學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行誤差分析，給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不確定度范圍?？萍夹≌撐臅孀鳂I(yè)：在寫關(guān)于洛倫茲力在現(xiàn)代科技中的新應(yīng)用的科技小論文時(shí)，要求學(xué)生按照科學(xué)論文的格式進(jìn)行撰寫，包括摘要、引言、正文、結(jié)論和參考文獻(xiàn)。在正文部分，要對(duì)洛倫茲力的新應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的原理分析，并且與傳統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行對(duì)比，分析其優(yōu)勢(shì)和不足。在結(jié)論部分，要對(duì)洛倫茲力在現(xiàn)代科技發(fā)展中的地位和前景進(jìn)行展望。同時(shí)，要求學(xué)生對(duì)參考文獻(xiàn)的引用要規(guī)范，不能隨意抄襲。2、口頭作業(yè)的設(shè)計(jì)（1）基礎(chǔ)型口頭作業(yè)讓學(xué)生互相提問洛倫茲力的概念和方向判斷方法。例如，一個(gè)學(xué)生問另一個(gè)學(xué)生：“一個(gè)負(fù)電荷以斜向上的速度進(jìn)入水平向右的磁場(chǎng)中，洛倫茲力的方向怎么判斷？”被提問的學(xué)生要當(dāng)場(chǎng)回答，并且用左手定則演示判斷的過程。這樣可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)洛倫茲力概念和方向判斷的記憶，同時(shí)也提高了他們的口頭表達(dá)能力。要求學(xué)生用自己的話簡(jiǎn)單講述洛倫茲力大小公式F＝qvB的推導(dǎo)過程。學(xué)生可以在小組內(nèi)進(jìn)行講述，其他小組成員可以進(jìn)行補(bǔ)充或者糾正。這有助于學(xué)生理解公式的來(lái)源，而不是單純地死記硬背。（2）拓展型口頭作業(yè)組織學(xué)生進(jìn)行小組討論回旋加速器和質(zhì)譜儀的工作原理。每個(gè)小組的成員要輪流發(fā)言，闡述自己對(duì)這兩種儀器工作原理的理解，包括洛倫茲力在其中的關(guān)鍵作用。然后小組內(nèi)進(jìn)行總結(jié)，形成一個(gè)比較完整的解釋，再向全班同學(xué)匯報(bào)。通過這種小組討論和匯報(bào)的形式，可以提高學(xué)生的合作學(xué)習(xí)能力和邏輯思維能力。讓學(xué)生選取一個(gè)洛倫茲力在實(shí)際生活中的應(yīng)用實(shí)例，如磁懸浮列車，然后向全班同學(xué)講述磁懸浮列車中洛倫茲力是如何實(shí)現(xiàn)列車懸浮的。在講述過程中，要求學(xué)生語(yǔ)言通順、邏輯清晰，并且能夠回答其他同學(xué)提出的相關(guān)問題。（3）探究型口頭作業(yè)讓學(xué)生在課堂上分享自己設(shè)計(jì)的驗(yàn)證洛倫茲力存在和方向的實(shí)驗(yàn)思路。在分享過程中，要詳細(xì)說明實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新點(diǎn)以及可能遇到的困難。其他同學(xué)可以提出建議和意見，共同完善這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。這可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，同時(shí)也讓他們學(xué)會(huì)從不同的角度思考問題。要求學(xué)生簡(jiǎn)要介紹自己在寫科技小論文過程中遇到的最大困難以及是如何解決的。這不僅可以讓學(xué)生回顧自己的學(xué)習(xí)過程，還可以給其他同學(xué)提供一些學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。3、實(shí)踐作業(yè)的安排（1）基礎(chǔ)型實(shí)踐作業(yè)讓學(xué)生利用身邊的材料制作一個(gè)簡(jiǎn)單的模型來(lái)演示洛倫茲力的方向。例如，可以用小磁針代表磁場(chǎng)方向，用帶有電荷的小球（可以用靜電吸附的方式給小球帶上電荷）代表運(yùn)動(dòng)電荷，然后通過移動(dòng)小球來(lái)觀察小磁針的偏轉(zhuǎn)方向，從而演示洛倫茲力的方向。在制作和演示過程中，學(xué)生要記錄自己的操作過程和觀察結(jié)果，并且分析這個(gè)模型的優(yōu)缺點(diǎn)。布置學(xué)生去尋找生活中與洛倫茲力有關(guān)的現(xiàn)象，并拍攝照片或者錄制短視頻。然后在課堂上展示自己找到的現(xiàn)象，并簡(jiǎn)單解釋其中洛倫茲力的原理。比如，有的學(xué)生可能會(huì)拍攝到電視機(jī)的電子槍發(fā)射電子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，或者是一些磁療儀器周圍的磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的作用現(xiàn)象。（2）拓展型實(shí)踐作業(yè)組織學(xué)生分組進(jìn)行一個(gè)小型的回旋加速器原理演示實(shí)驗(yàn)。雖然不能完全模擬真正的回旋加速器，但是可以通過一些簡(jiǎn)單的器材，如圓形的磁場(chǎng)區(qū)域（可以用電磁鐵制作）、帶電粒子（可以用離子源產(chǎn)生）、加速電場(chǎng)（可以用高壓電源和極板制作）等來(lái)演示帶電粒子在回旋加速器中的加速過程。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生要記錄粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度變化等數(shù)據(jù)，并且分析這些數(shù)據(jù)與理論計(jì)算的差異。讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)并制作一個(gè)簡(jiǎn)易的質(zhì)譜儀模型。在制作過程中，學(xué)生要深入理解質(zhì)譜儀的工作原理，包括離子源、加速電場(chǎng)、磁場(chǎng)等部分的作用。制作完成后，要對(duì)模型進(jìn)行測(cè)試，并且分析測(cè)試結(jié)果與理論預(yù)期的差距。（3）探究型實(shí)踐作業(yè)鼓勵(lì)學(xué)生開展一個(gè)關(guān)于洛倫茲力在磁流體發(fā)電中的應(yīng)用的探究實(shí)踐活動(dòng)。學(xué)生可以查閱相關(guān)資料，了解磁流體發(fā)電的原理和現(xiàn)狀，然