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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 L2、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、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？、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？、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。）A、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 当 vB 时,f = qvB 当 vB (V=0)时, f = 0 当v与B之间有一定夹角时，f = q v B sin （学生了解的内容，高考不考） 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？ 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？（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。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。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101、(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 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=+210-6C质量m=210-6kg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？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。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。对本节课所学知识进行及时巩固和深化。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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