第05节 研究洛伦兹力1

课题:探究洛伦兹力【课时安排】1课时【教学内容分析】 本章选自高中物理选修31（广东教育出版社）第3章磁场的第2节探究洛伦兹力。这节内容从磁铁使阴极射线管中电子流发生偏转这一实验现象出发，经过严密的逻辑推理得到磁场对运动电荷的作用力的公式，及其作用力的方向判断，最后列举例题，加深学生对知识的巩固。本章教材从生活中的磁现象、判断规律、应用这三个阶段逐步展开。教材的前两节让学生开始认识生活中的关于磁和磁场的现象；然后在第三和第五两节分别介绍宏观安培力和微观洛伦兹力的两个大小方向等重要规律和左手定则；而最后第四、第六两节分别着重介绍安培力和洛伦兹力的现代技术应用。经历这三个阶段的系统化学习，有助于学生掌握好关于磁的一些现象规律。 第五节研究洛伦兹力的内容正是着重讲述洛伦兹力的相关规律。由可见的宏观的安培力的研究到微观的洛伦兹力的研究，它们存在着特殊的关系，而这存在一定的跨度的，理解能力差的学生就会出现问题。所以讲洛伦兹力这种实质上是旧知识的新知识，要注意培养学生的知识迁移和类比能力。【教学对象分析】1.学生的兴趣特点高二的学生对物理有着较强的操作兴趣、因果认识兴趣。他们希望通过观察实验现象，经历思考来理解现象产生的原因，并总结出其中规律。 2.学生的知识基础 学生已经学习过磁场、通电导体在磁场中受到安培力作用，左手定则判断力的方向等知识，故在教学中要充分利用学生的已有的知识经验，使学生积极主动地参与教学过程。 3.学生的认识困难 （1）从微观上，无法观察，难以理解 磁场是不可见的，单个电荷也是不可见的，故很难在现实中作明显的实验来探究；即使有相关的仪器，也因太过于昂贵而令学校无法配置。故学生对于微观上的观察，很难通过自己的思维、想像来认识洛伦兹力，判断它的方向。 （2）电磁学与动力学结合问题的复杂性，一种物理现象涉及的物理原理越多，学生就越难理解。洛伦兹力是电磁学与动力学相结合的问题，考虑的是电荷受到的洛伦兹力而产生的机械效果。这里涉及的内容较多，存在一定的困难。 【教学目标】 教学目标知识与技能1通过实验，认识洛伦兹力，会用左手定则判断洛伦兹力的方向；2知道洛伦兹力大小的推理过程，会计算洛伦兹力的大小；3理解洛伦兹力对运动电荷不做功； 过程与方法1通过观察电子束在磁场中的偏转研究洛伦兹力的方向，体验科学研究的方法；2学会用左手定则来判定洛伦兹力的方向，体会物理来源于生活.情感态度与价值观1由实验观察得知洛伦兹力的存在，培养实事求是的科学态度2由理论推导得出洛伦兹力的大小公式，养成严密推理的科学作风.【教学重点与难点】重点：1会利用左手定则判断洛伦兹力的方向；2掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算. 难点：1.理解洛伦兹力对带电粒子不做功；2.洛伦兹力的方向的探究，大小的推导，左手定则【教学策略】本节课的教学设计体现了生本教育的课程理念，在教学的指导思想上，始终坚持“教师为主导，学生为主体”的原则，在教学形式上，采用先学后教，小组合作，课堂展示的形式通过教师创设问题情境、有效的设问引导和小组间共同讨论探究为主线，让学生亲历物理知识的构建过程。 1.重视情境创设，引发探究 本文以阴极射线管实验直接引出，视觉冲击较强，直接把学生牢牢吸引到课堂上来。 2.以问题为主线，激发学生思维 本教学将把学习的过程设计成不断提出问题和解决问题的过程，促使学生形成强烈的问题意识，使学生从观察实验现象中发现和提出问题，引导学生在探究过程中，对问题进行一系列转化。本节教学中从安培力的微观实质到洛仑兹力概念的得出；从安培力的方向判定过渡到洛仑兹力的方向判定；从明确洛仑兹力的方向到推导洛仑兹力的大小；从洛仑兹力概念的逐步建立到研究洛仑兹力的特点及带电粒子在洛仑兹力作用下的运动等等。整个过程都是围绕问题展开，一个问题解决的同时，新的问题又在学生的脑海中涌现，环环相扣，高潮迭起，一气呵成。到了归纳小结阶段还要将问题延伸到课外，进一步激发学生探究的潜能。 3.利用新旧联系，促进同化 这堂课中，洛仑兹力概念的“生长点”在于正确揭示安培力的微观本质，在宏观世界和微观世界之间架起一座沟通的桥梁；另外，通过宏观的受力现象来体现微观的受力现象；通过安培力来经数学分析、推衍出洛伦兹力的大小。 4.倡导交流与合作，深化探究 在这堂课中我们设计了较多个人自主探究，协作学习、合作探究、交流讨论的环节。 【教学用具】阴极射线管、磁铁、电源、导线、教学PPT课件、导学案.【教学过程】教学环节与教学内容教师活动学生活动设计意图第一部分：自主学习1. 安培力指的是磁场对_的作用力.安培力判断的方法是_定则.2.洛伦兹力：磁场对 的作用力叫做洛伦兹力.是为了纪念_物理学家_而命名的.3.电流在磁场中受到安培力作用，安培力可以看作是_所受_的宏观表现.4.洛仑兹力的方向判定用 判定.四指指向与_电荷的运动方向相同，与_电荷的运动方向相反.5.洛仑兹力的大小： f = ，其中是带电粒子的运动方向与磁场方向的夹角.（1）当=90时，即v的方向与B的方向垂直时，f= ，这种情况下洛仑兹力最 .（2）当=0时，即v的方向与B的方向平行时，f= ，洛仑兹力最小.（3）当v=0时，即电荷与磁场无相对运动时，f= ，这表明了一个重要结论：磁场只对相对于磁场运动的电荷有作用力，而对相对于磁场静止的电荷没有作用力.6.洛仑兹力不做功：由于洛仑兹力总是垂直于电荷运动方向，因此洛仑兹力总是 做功.它只能改变运动电荷的速度 ，不能改变运动电荷的速度 （或动能）.课前组织学生预习请同学们自主完成下列问题，并将结果反馈.学会预习，先学后教第二部分：合作探究环节一：实验探究-探究洛伦兹力存在与否，并研究洛伦兹力的方向.【观察一】结合课本87页3-5-2与3-5-3装置进行实验.并思考下面问题.【思考一】1.在没有加磁场时，电子束的运动轨迹是怎样的？2.将磁铁靠近阴极射线管，电子束的运动轨迹有什么变化？3.改变磁场方向，电子束的运动轨迹又将怎样变化？【活动一】请同学们通过实验观察，以图示的形式，记录实验过程，展示在黑板上.【讨论一】请同学们根据黑板展示的图示，讨论下面问题，并展示.1.洛伦兹力的方向与电荷运动的方向和磁场方向有怎样的关系呢？2.怎样运用左手定则判断正负电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向呢？3.洛伦兹力的方向对电荷的运动起到怎样的作用？4.洛伦兹力对在磁场中运动的带电粒子是否做功？为什么？进行实验演示，并设置情景问题观察实验、拿出纸笔以图像形式记录实验现象，并请一位同学到黑板上将实验结果进行展示督促学生认真观察实验，善于发现实验规律，归纳出洛伦兹力的方向【核心笔记1】 1.洛伦兹力的方向_于电荷运动的方向，_于磁感应强度的方向. 2.利用_判断洛伦兹力.四指指向_电荷的运动方向，与_电荷运动电荷方向相反. 3.洛伦兹力只改变电荷的_,不改变_,所以洛伦兹力对运动电荷组织学生归纳得出核心笔记，让学生进行展示参与回答老师提出的问题【课堂训练一】如图所示，试判断带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向？教师组织学生展示练习，并小组上台展示讲解习题讲练结合，即使反馈与检测，巩固左手定则环节二：分析论证洛伦兹力的大小.【活动二】理论探究：推导洛伦兹力大小的计算公式，并标注计算公式中各物理量的意义和单位：（请同学们阅读88-89页，尝试由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式,建议你按照以下逻辑线索前进）讲解提示：设有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的带电量为q，自由电荷定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中.试分析：1.这段导体中含有的自由电荷数量？ 分析：N= _2.电流强度I 的微观表达式是什么？ 分析：I=_3.这段导体所受的安培力为多大？ 分析：F= _4.每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为多大？ 分析：f= _【讨论二】1.当速度v方向与磁感应强度B的方向的夹角为0时，洛伦兹力又是多大？2.当运动电荷的速度v方向与磁感应强度B的方向不垂直时，设夹角为，则电荷所受的洛伦兹力为多大？【核心笔记2】1. 洛伦兹力的表_适用条件：_2. 当v=0时，f= .3. 当v平行于B时，f= ，洛仑兹力最小.4. 当v垂直于B时，f= ，洛仑兹力最大. 当带电粒子的运动方向与磁场方向的夹角是时，f= (较低要求).对学生进行引导学生思考，请2位同学进行讲解展示从安培力的宏观理论，推导出洛伦兹力的微观表达式环节三：迁移应用（提示：以下类型题，同学们可以讨论交流，各组交流展示）【课堂训练二】洛伦兹力的大小和方向在图所示的各图中，匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均为v，带电荷量均为q. 试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小，并标出洛伦兹力的方向教师组织学生展示练习，讨论与交流。并小组上台展示讲解习题讲练结合，即使反馈与检测课堂小结【小结】本节课我学了哪些知识？教师提问，引导学生从学习方法和知识目标的角度总结本节所学习到的知识让学生自己总结本节课所学内容，既是是对本节课所学知识的回顾和整理，又可以培养学生的概括表达能力和自我评价能力。布置作业（一）想一想：如果运动电荷只受洛伦兹力作用，它将做什么样的运动？（二）做一做：请你找出洛伦兹力在生产生活中应用的实例，并分析说明之.（三）读一读：探究性学习 1.请阅读人教版必修2语文课本神奇的极光-曹冲思考：地磁场的洛伦兹力对极光的产生有怎样的作用？ 2.阅读中学物理教学参考2001年第3期17页安培力做功的微观解释 思考：既然安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观解释，为什么安培力做功，但是洛伦兹力却不做功？展示并布置作业学生思考与记录提高学生的逻辑思维能力，同时巩固和应用洛伦兹力的理解。【板书设计】【专家点评】1. 符合生本教育理念。采用先学后教，小组互助，课堂展示，当堂反馈的方式2. 作为一个高一下学期物理平均分排最后，最高分只有一人80分的班级能在课堂大赛中有如此精彩亮相，很让人震撼。3. 即形式活跃激发学习兴趣，又有严密的物理思维过程、基本的学习习惯、程序要求，让学生进一步学好物理打下基础。4. 学生开心，老师有成就感、外校嘉宾和督学家长赞不绝口。