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- 2021-05-23 发布
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第五节《 探究洛伦兹力》教学设计
一、教材分析
本节课是粤教版高中物理教材选修3-1第三章《磁场》的第五节内容。高中物理课程标准对这一节要求是“通过实验,认识洛伦兹力。会判断洛伦兹力的方向,会计算洛伦兹力的大小。”这一节研究洛伦兹力是《磁场》这章的重要内容,既是安培力的延续,又是后面学习带电粒子在磁场中运动的基础,是力学分析中重要部分。掌握好本节对以后力学综合中涉及洛伦兹力的分析,对利用功能关系解力学问题,有很大的帮助。
二、教学目标
知识与技能:
1、知道什么是洛伦兹力,会判断洛伦兹力的方向;
2、知道洛伦兹力大小的推导过程;
3、会利用本节课学的知识简单解释电视显像管的工作原理。
过程与方法:
1、通过对安培力微观本质的猜测,培养学生的联想和猜测能力;
2、通过推导洛伦兹力的公式,培养学生的逻辑推理能力;
3、通过演示实验,培养学生的观察能力。
情感态度与价值观:
1、通过科学猜想、实验验证认识洛伦兹力,培养学生探求知识的科学方法和实事求是的科学态度。
2、 由理论推导得出洛伦兹力大小的公式,养成抽象思维能力和严密推理能力。
3、 多种手段相结合,使学生认识科学探究方法的多样性。
三、教学重点、难点:
重点:洛伦兹力方向的判断方法和洛伦兹力大小计算。
难点:洛伦兹力计算公式的推导过程。
四、教法、学法分析
这节课主要采取讲授法、实验法、讨论法教学模式。教学时采用新课导入、自主学习、小组讨论、反馈精讲、当堂训练五个环节相结合的方法。以数学推导方法和实验为重要手段,同时辅以必要的多媒体手段,增强感性认识。
学生可通过观察电子束在磁场中的偏转情况研究洛伦兹力的方向,体验研究物理学的实验方法。对比安培力和洛伦兹力,从理论上导出洛伦兹力公式,认识科学探究方法的多样性。观察动画视频,加深对微观世界的理解。
五、教学过程设计
教学环节
时间
教师活动
学生活动
设计意图
一、新课导入
3
播放极光短片
师:请问这些美丽的极光一般出现什么时候?在什么区域?怎么形成的?
师:一般是出现在地球的南、北极地区,极光是来自大气外的宇宙射线(即一束束高速带电粒子流)撞击大气中的粒子(氧、氮原子),使之电离发光。从四面八方射向地球的带电粒子,只有南北两极附近的粒子可以到达地球,其余的粒子则由于受到地球磁场的作用运动方向发生了改变,无法到达地球。
师:带电粒子在地球磁场的作用下运动方向为什么会发生了改变?
观看神奇的极光短片。积极思考,带着好奇和疑问进行一步步的学习。
提高学生学习的兴趣,引导学生猜想:磁场对运动电荷有(无)作用力
二、自主学习
6
屏幕显示自主学习内容和完成相应的题目:
阅读课本P87-P89,完成相应习题。
1、试画下图中所示的带电粒子所受的洛伦兹力的方向
①
注意:在应用左手定则时学生容易犯一个错误,将四指指向电荷运动方向而忘记了区分正负电荷,因此要强调左手定则中四指的方向是正电荷的方向。
L L
2、长为L、横截面积为s的直导线通有电流I,处在磁感应强度为B的匀强磁场中,电流与磁场的方向垂直
①、设导线单位体积内的自由电荷数为n、每个电荷的电荷量为q,求导线中自由电荷的总数和总电量?
②、导线中的自由电荷以速度为V做定向运动形成电流。求自由电荷从导线一端运动到另一端的时间?通过导线的电流?
③、求导线受到的安培力大小?根据F=Nf,求出导线中每个自由电荷受到的洛伦兹力f?
自主学习、自主分析和解答问题。(学生进入自主学习阶段,自主学习需要独立完成,不得讨论交流,教师监督学生自主学习情况。)
②A、B、C同学上黑板画出洛伦兹力的方向。
引导学生回忆如何用左手定则来判断安培力的方向,过渡到洛伦兹力方向的判断上。先让学生进行判断,通过画图操作,让学生熟练应用左手定则,下一环节再通过演示实验进行验证。
三、小组讨论
4
教师在屏幕上展示第2题题目
师:联系上节课的安培力,引导学生同学们思考安培力与洛伦兹力的区别和联系?
师:请同学们小组讨论自主学习第2题,通过合作交流完成洛伦兹力公式的推导。
学生小组讨论交流(以6人为一小组的形式展开讨论交流)
由于学生数学基础较差,把整个推导过程拆分成几个问题,分为几个步骤层层推导,减小了学生盲目推导公式的难度。
展示交流、师生点评
4
选2个小组甲、乙代表上台,协助学生通过视频展台投影展出学生小组讨论交流结果、详细的解答过程。
教师点评其小组成果和讲解过程。
学生展示小组成果,并讲解解题思路和过程。
其他学生点评。
通过展示和学生讲解,锻炼学生各方面的能力,深化学生解题的思维过程和对知识的进一步巩固。
四、反馈精讲
15
教师通过演示实验来讲解:
1、[演示实验]用阴极射线管研究磁场对运动电荷的作用。
说明电子射线管的原理:
从阴极发射出来电子,在阴阳两极间的高压作用下,使电子加速,形成电子束,轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光,可以显示电子束的运动轨迹。
实验现象:在没有外磁场时,电子束沿直线运动,将蹄形磁铁靠近阴极射线管,发现电子束运动轨迹发生了弯曲。
2、定义:运动电荷在磁场中受到的作用力,称为洛伦兹力
3、洛伦兹力的大小
① 当 v⊥B 时,f = qvB
② 当 v∥B (V=0)时, f = 0
③ 当v与B之间有一定夹角θ时,f = q v B sin θ(学生了解的内容,高考不考)
学生观看实验演示,倾听教师讲解,认真思考并掌握其内容。
思考:洛伦兹力对在磁场中运动的带电粒子是否做功?
通过观察实验分析得出结论:磁场对运动电荷有作用,引出洛伦兹力的定义。
注意:用PPT课件演示f、V、B三者的方向关系。
引导学生理解:电荷所受的洛伦兹力既垂直于磁场方向,又垂直于电荷运动方向。即垂直于磁场方向和电荷运动方向所决定的平面。
例:如图,带负电的粒子从离子源中发射出来,在电场强度E=12N/c的匀强电场和磁感应强度为B=1T的匀强磁场中运动,速度多大的粒子可以沿直线ss‘从右边孔射出?
(由于洛伦兹力始终垂直于电荷的运动方向,所以它对电荷不作功,不改变运动电荷的速率和动能,只能改变电荷的运动方向使之偏转。)
D、F同学上台写下解题过程。教师点评,并展示规范解题过程。
利用例题,引出速度选择器的装置图,讲解速度选择器的原理,可以通过E或B的数值来选择具有某一速度的粒子
五、当堂训练
10
1、(双选)以下关于洛仑兹力的各种说法中正确的是( )
A. 电荷在磁场中一定受到洛仑兹力
B. 运动的电荷在磁场中一定受到洛仑兹力
C.洛仑兹力对电荷永远不做功
根据所学知识,当堂解答2道练习题。
E同学上台讲解并写下第2题的解题过程。
对本节课所学知识进行及时巩固和深化。
D.洛仑兹力的方向总是垂直于磁场方向和电荷速度方向所构成的平面
2.如图所示,某空间存在正交的匀强电磁场,匀强电场的方向水平向右,匀强磁场方向垂直纸面向内,其中E=10N/C,B=1T,现有一个带电量q=+2×10-6C质量m=2×10-6kg的小球以某速度进入这个电磁场,发现其恰能做匀速直线运动,请求出小球的速度大小和方向?
3、极光是怎么形成的?
F同学上台改正并补充。
用所学知识,回顾导入,用精简的话来解释。
回应导入,解决同学们课前疑问
六、教学反思
本节从美丽的极光引入,使学生经历了科学猜想、实验验证、推理判断、归纳总结等过程,能从感性到理性对洛伦兹力进行了认识,思维、公式推导等能力都得到了锻炼和提升。但学生对电流的模型的微观认识不足,可能导致在推导过程受到障碍,必须将模型简化并辅以多媒体手段。同时,学生可能一时无法深入理解安培力与洛伦兹力的关系,也不理解为什么洛伦兹力不做功而安培力可以。这些,在本节教学时先弱处理,需要在进一步的学习中再解释这个问题。
七、本教学设计的创新之处
1、导入创新——神奇的极光现象
通过大自然罕见神奇的极光短片,作为本节课的导入,吸引学生的眼球,产生好奇,不仅能使学生对这堂课产生浓厚的兴趣和探究的欲望,而且顺利的导入新课。
2、教学形式创新,体现新课程标准的理念
本节课采用“20+20”模式(学生活动20分钟+教师精讲20分钟),学生先学后教,先独立思考,后教师引导,在课堂上给与足够的时间,提现了新课标课程改革的“学生为主体”的理念,调动学生思考。解决问题的积极性,激发了学生的学习热情。
3、题目设置有深度,有技巧,给与学生思考和讨论的空间和时间。
此教学课堂打破了传统的沉闷、单一的教学活动,以学生活动为主题、以问题链为导向、以定性讨论为主。通过多媒体课件,形成生动活泼条理清晰的教学过程。
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