资源描述
2019-2020年高中物理选修3-1教学设计：3-5运动电荷在磁场中受到的力2教材分析本节通过“科学猜想、推理假设、实验验证、得出结论”提出洛伦兹力的概念，并且探究洛伦兹力的方向，大小计算公式，以及洛伦兹力在电视机显像管中的应用分析。由于洛仑兹力是属于微观的力学范畴，概念抽象，而且又涉及三维空间，理解有一定难度，所以教学中要充分借助实验和已有知识来搭桥铺路。本节内容也是后继“带电粒子在磁场中的运动”的基础课，洛仑兹力的大小 、方向是是重点；其中利用F=qvB计算洛伦兹力大小是重点但不是难点；熟练掌握“左手定则”既是本节的重点也是难点； 本节内容也是理解“电磁感应中功能关系”的关键，因此理解“洛伦兹力是安培力的微观本质，安培力是洛伦兹力的宏观表现”是本节的一个重点；洛伦兹力不是平面内问题而是三维空间问题，本身就有一定难度，v与B不垂直也不平行时的洛伦兹力的理解又高了一个难度，所以此知识点是本节又一个难点。学情分析：本节学习内容是一堂概念课，在学习安培力知识和电流知识的基础上，学生已具备了探究洛伦兹力的知识和能力。实验结合理论探究洛伦兹力方向，再由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式的过程是培养学生逻辑思维能力的好素材，一定要让全体学生都参与这一过程。“思考与讨论”中提出洛伦兹力对带电粒子运动的速度有什么影响？洛伦兹力对带电粒子做的功是多少？两个问题，课堂中要组织学生讨论，体现合作探究学习的新课改理念。教学目标知识与技能1.知道什么是洛伦兹力，明确洛伦兹力与安培力的关系(微观与宏观)，能利用左手定则判断洛伦兹力的方向.2.了解洛伦兹力大小的推理过程， 掌握洛伦兹力大小的计算.3.理解洛伦兹力对电荷不做功. 4.了解电视显像管的工作原理过程与方法1.经历洛伦兹力概念建立的过程，体会科学探索的一般过程：科学猜想推理假设实验验证-得出结论。2.用分解速度和分解磁感应强度两种方法，导出v与B不垂直也不平行时的洛伦兹力表达式，体会矢量分解与合成是研究物理问题常用方法。情感态度与价值观通过经历洛伦兹力概念建立、方向探究、大小探究等学习过程，重演物理学家探索自然规律的过程，体验科学探究的成就感，激发学习的兴趣，培养勇于探究、勤思考、会分析的优秀思维品质，提升逻辑思维能力。教学重点1. 理解洛伦兹力是安培力的微观本质，安培力是洛伦兹力的宏观表现2. 利用左手定则判断洛伦兹力的方向3. 掌握洛伦兹力大小的计算4. 体会科学研究最基本的思维方法:“科学探究推理假设实验验证-得出结论”教学难点1. 理解洛伦兹力是安培力的微观本质，安培力是洛伦兹力的宏观表现2. 洛伦兹力方向的判断3. 洛伦兹力表达式F=qvBsin的推导教学用具阴极射线管 高压感应圈 学生电源 条形磁铁 蹄形磁铁 导线课时安排 1课时教学过程设计（一）情景导入观看“极光”视频，提出问题“从宇宙深处射来的带电粒子为什么在地球的两极能引起极光？”从而引出本节课题。设计思路：利用美轮美奂的视频呈现神奇的自然现象，激发学生学习兴趣。（二）洛伦兹力概念的提出及洛伦兹力方向的探究1.提出问题：磁场对运动电荷有作用力吗？定性分析：磁场对电流的作用力实质是磁场对运动电荷的作用力。猜想：运动电荷在磁场中真的会受到作用力吗？如果有力，受到的力的方向如何呢？此处要引导学生从安培力概念、电流概念出发，自然地提出“磁场对运动电荷有力的作用，其方向也可以用左手定则来判断”这样的猜测。2.实验验证猜想演示实验：利用阴极射线管观察磁场对电子的作用力提出洛伦兹力的概念，明确洛伦兹力是安培力的微观本质，安培力是洛伦兹力的宏观表现。3. 洛伦兹力的方向演示实验：探究洛伦兹力方向与磁场方向，及电荷的运动方向间的关系。记录试验中B、F、v的方向分析实验现象与猜测结果是否一致，最终得出结论。因为此实验中粒子带负电，部分学生可能得出结论“实验结果与猜测不一致”的结论，可以引导学生通过课堂内的辩论解决问题。4.明确左手定则可判断洛伦兹力的方向左手定则：伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线穿入手心，若四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。 若四指指向负电荷运动的反方向，那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。强调说明：用左手定则判断洛伦兹力的方向时一定要注意电荷的正负。5小结： “推理假设实验验证得出结论”是科学探索的一般过程，很多概念和规律当初都是这样形成和发现的。6巩固练习 此处可适当进行拓展练习。设计思路说明：此教学环节通过重演物理学家探索自然规律的过程，体验科学探究的成就感，激发学习的兴趣，培养学生敢于探索、勤思考、会分析的优秀思维品质。（三）探究洛伦兹力的大小 1.提出问题导线中带电粒子的定向运动形成了电流。 电荷定向运动时所受洛伦兹力的矢量和，在宏观上表现为导线所受到的安培力。 照这个思路，请你尝试由安培力的表达式导出洛伦兹力的表达式2.v与B垂直情景下，洛伦兹力表达式的推导设有一段长为L，横截面积为S的直导线，单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，自由电荷定向移动的速率为v。这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中，求（1）电流强度I。（2）通电导线所受的安培力。（3）这段导线内的自由电荷数。（4）每个电荷所受的洛伦兹力。引导分析：洛伦兹力大小可能与那些因素有关，表达式中哪些物理量不应该出现？讨论结论：F=qvB，（v与B垂直）设计思路说明：通过学生的独立推理和师生间的交流，从安培力公式推导出洛伦兹力公式，学生再次体验学习的成就感和体会物理学科理论推理探究的思想方法。3.v与B平行时洛伦兹力表达式推导教师提出问题：若粒子的速度v与磁场方向平行，粒子所受的洛伦兹力的情况如何？ 学生分析，得出结论：F=0设计思路说明：运用类比的方法分析，当磁场与电流平行时，不受安培力，洛伦兹力是安培力的微观体现，因而粒子速度v与磁场方向平行，粒子所受的洛伦兹力为04.v与B不垂直也不平行时洛伦兹力表达式推导（1）教师提出问题：若粒子不垂直射入磁场，分析此如图情景粒子受到的洛伦兹力的大小和方向学生分析讨论，教师引导，通过分解B和分解v两种思路得出共同结论：F=qvBsin(=v与B的夹角）（2）师生共同讨论，=900时,v与B垂直；=00时，v与B平时,体会特殊与一般的关系。总结出F与粒子速度v始终垂直，F与磁感应强度B始终垂直,但B与v不一定垂直。即F总是垂直于v与B确定的平面设计思路说明：从特殊到一般，再由一般到特殊，这往往是物理规律的形成和完善所走过的一般路径，也是物理学科学习的特点。5.当堂训练电子的速率v=3106m/s,垂直射入B=0.10T的匀强磁场中,它受到的洛伦兹力是多大，方向如何?变式1：若电子平行于匀强磁场方向射入呢？变式2：若电子沿着与匀强磁场成300方向射入呢？（四）学以致用1.思维拓展：磁感应强度的第二种定义比较：（1）B=F/qv （2） E=F/q 结论：B只与运动电荷有关，表现为定义式中反应运动的物理量v. 说明：静止电荷产生电场 运动电荷既产生电场，也产生磁场 静止电荷受到库仑力作用 运动电荷既受到库仑力，也受洛伦兹力利用洛伦兹力公式定义磁感应强度揭示了磁场产生的本质：磁场是由运动电荷产生的。2.思考与讨论洛伦兹力对带电粒子运动的速度有什么影响？洛伦兹力对带电粒子做的功是多少？分组探讨：洛伦兹力可改变带电粒子运动速度的方向，但不改变其大小。洛伦兹力对带电粒子不做功。设计思路说明：与教学引入环节形成呼应，通过分析讨论，综合所学知识，达到提升能力，拓展思维的目的。3.生活与物理电视机显像管的工作原理（1）教师提出问题：电视机显像管中的电子只是细细的一束，为什么能使整个屏幕发光？电视显像管的工作原理: 利用磁场使电子偏转对课文中的“思考与讨论”重点研读共同探讨，教师对“扫描”这一概念简单说明。 电子技术中的扫描应用的物理原理是速度的合成，电子的水平分速度是竖直方向的磁场控制的，电子的竖直分速度是水平方向的磁场控制的。设计思路说明：学以致用，逐渐使学生体会“物理即生活”的新课标理念，提高建模能力。2.思考：示波器的示波管中电子束与电视机显像管中的电子束的偏转原理有何不同？设计思路说明：应用类比分析的方法，加深学生对知识的理解，形成知识体系。（五）课堂小结1.知识部分2基本技能提升科学探究（实验探究和理论探究）能力，培养逻辑推理能力，渗透物理联系生活意识，提高建模能力，加强类比方法的应用。（六）布置作业1.为什么太阳风会沿地球磁感线的方向落到地球两级？带电粒子的运动轨迹究竟是怎样的？查阅资料完成。2.完成课后练习：2、3、4（七）设计思路说明及课后反思整节课的教学设计是基于几点考虑：（1）洛仑兹力是属于微观的力学范畴，概念抽象，而且又涉及三维空间，理解有一定难度，所以教学中要充分借助演示实验和已有知识来搭桥铺路。（2）迁移和类比是一种重要的学习方法，在学习洛伦兹力的过程中引导学生把洛伦兹力和安培力进行类比迁移，降低学习难度。（3）理解“洛伦兹力是安培力的微观本质，安培力是洛伦兹力的宏观表现。”这是本节内容的重点之一，也是理解“电磁感应中功能关系”的关键。（4）根据课程标准的要求，本节课用1课时教学，在实际教学中根据学生情况可灵活处理为2课时，不可急于求成。
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