探究洛倫茲力 教學(xué)設(shè)計(jì)

教學(xué)設(shè)計(jì)方案模版教學(xué)設(shè)計(jì)方案課程探究洛侖茲力課程標(biāo)準(zhǔn)“通過(guò)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)洛倫茲力。會(huì)判斷洛倫茲力的方向，會(huì)計(jì)算洛倫茲力的大小。”教學(xué)內(nèi)容分析通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察，掌握洛侖茲力的方向可以用左手定則判斷，理解洛侖茲力對(duì)電荷不做功，推導(dǎo)出洛侖茲力的公式，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)會(huì)觀察、分析、推理，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和研究方法。教學(xué)目標(biāo)(1)知道什么是洛倫茲力，利用左手定則判斷洛倫茲力的方向。(2)知道洛倫茲力大小的推理過(guò)程。(3)理解洛倫茲力對(duì)電荷不做功。(4)掌握帶電粒子垂直進(jìn)入磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)情形及相關(guān)公式。(5)知道v和B不垂直時(shí)電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)情形及相關(guān)公式。(1)通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察，掌握洛倫茲力的方向也可以用左手定則判斷。(2)通過(guò)合理猜想與邏輯推理，明確洛倫茲力與安培力的關(guān)系(微觀與宏觀)。(3)通過(guò)思考與討論，推導(dǎo)出洛倫茲力的公式f=qvB。引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)會(huì)觀察、分析、推理，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和研究方法。讓學(xué)生認(rèn)真體會(huì)科學(xué)研究最基本的思維方法：“推理—假設(shè)—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)生通過(guò)觀察電子束在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況，會(huì)用左手定則判定洛倫茲力的方向。理解洛倫茲力對(duì)電荷不做功。掌握帶電粒子垂直進(jìn)入磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)情形及相關(guān)公式。學(xué)情分析學(xué)生已經(jīng)學(xué)了安培力大小計(jì)算及其方向判定，相信洛侖茲力的學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)應(yīng)該不難。重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：1、知道什么是洛倫茲力，利用左手定則判斷洛倫茲力的方向。2、理解、參與洛侖茲力的公式推導(dǎo)過(guò)程，并進(jìn)一步理解洛侖茲力。3、撐握帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情形。難點(diǎn)：1、洛倫茲力公式的推導(dǎo)。2、v和B不垂直時(shí)，帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情形。教與學(xué)的媒體選擇陰極射線管、高壓電源、馬蹄形磁鐵、導(dǎo)線若干、插線板、多媒體、洛倫茲力演示儀課程實(shí)施類型偏教師課堂講授類√偏自主、合作、探究學(xué)習(xí)類備注教學(xué)活動(dòng)步驟序號(hào)1【引入新課】[多媒體展示]——極光圖片及短片，在地球的南極和北極地區(qū)常常出現(xiàn)極光，科學(xué)研究告訴我們，極光產(chǎn)生與地磁場(chǎng)對(duì)來(lái)自太空的高速帶電粒子的作用有關(guān)。2【新課講解】我們知道“力”是矢量，既有大小，也有方向。那就讓我們先確定洛倫茲力的方向吧！一、洛倫茲力的方向陰極射線管的原理：從陰極發(fā)射出來(lái)電子，在陰陽(yáng)兩極間的高壓作用下，使電子加速，形成電子束，轟擊到長(zhǎng)條形的熒光屏上激發(fā)出熒光，可以顯示電子束的運(yùn)動(dòng)軌跡。1．介紹陰極射線管的結(jié)構(gòu)及工作原理（多媒體展示）陰極射線管的原理：從陰極發(fā)射出來(lái)電子，在陰陽(yáng)兩極間的高壓作用下，使電子加速，形成電子束，轟擊到長(zhǎng)條形的熒光屏上激發(fā)出熒光，可以顯示電子束的運(yùn)動(dòng)軌跡。2．介紹其它實(shí)驗(yàn)器材及實(shí)驗(yàn)演示（若實(shí)驗(yàn)效果不理想，則用多媒體播放視頻資料）[觀察與思考]（1）在沒(méi)有外加磁場(chǎng)時(shí)，電子束的運(yùn)動(dòng)徑跡是怎樣的？（電子束的運(yùn)動(dòng)徑跡是一條直線）（2）將磁鐵靠近陰極射線管，電子束的運(yùn)動(dòng)徑跡有沒(méi)有變化？怎樣變化？（電子束的運(yùn)動(dòng)徑跡由直線變?yōu)榍€，靠近磁鐵的電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)）（3）改變磁場(chǎng)方向，電子束的運(yùn)動(dòng)徑跡又將怎樣變化？（電子束的偏轉(zhuǎn)方向相反）[多媒體展示]上述三種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的圖片3．左手定則：伸開左手，使大拇指跟其余四指垂直，且處于同一平面內(nèi)，把手放入磁場(chǎng)中，讓磁感線垂直穿過(guò)手心，四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向，拇指所指的方向就是洛倫茲力的方向。［思考］那么負(fù)電荷在磁場(chǎng)中的洛倫茲力的方向怎樣確定？[觀察]課件中的圖片：陰極射線管中的電子束（負(fù)電荷）在磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)[結(jié)論]若是負(fù)電荷時(shí)，則四指指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向。[類比記憶](méi)安培力和洛倫茲力安培力洛倫茲力【例題1】判斷圖中帶電粒子所受洛侖茲力的方向：【例題2】依運(yùn)動(dòng)軌跡，判斷圖中帶電粒子的電性。（過(guò)渡）現(xiàn)在我們已經(jīng)學(xué)會(huì)判定洛倫茲力的方向了，接下來(lái)讓我們共同探究怎樣確定洛倫茲力的大小。3二、洛倫茲力的大小1．洛倫茲力與安培力的關(guān)系II接電源正極接電源負(fù)極F安--------------B［結(jié)論］（1）安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。（2）洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì)。2．洛倫茲力的公式推導(dǎo)SBL=vtSBL=vt設(shè):陰影部分導(dǎo)線內(nèi)電荷數(shù)為N，導(dǎo)線內(nèi)單位體積內(nèi)的電荷數(shù)為n，［思考與聯(lián)想］安培力，電流，長(zhǎng)度，電荷數(shù)，洛倫茲力與安培力的關(guān)系［試一試］學(xué)生推導(dǎo)洛倫茲力的公式（讓一個(gè)學(xué)生在黑板上推導(dǎo)）［總結(jié)］公式（僅適用于的情況）洛倫茲通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到結(jié)論：（1）當(dāng)v⊥B時(shí)，f洛最大=qvB（2）當(dāng)v∥B時(shí)，f洛最小=0［思考］那么，當(dāng)v與B之間有一定夾角為θ時(shí)，洛倫茲力的大小怎樣計(jì)算？［試一試］引導(dǎo)學(xué)生將速度v分解為垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度B方向的分速度和平行于磁感應(yīng)強(qiáng)度B方向的分速度。BqBBqBBv（3）當(dāng)v與B之間有一定夾角為θ時(shí)，f洛=qvBsinθ［多媒體展示］洛倫茲力與帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的關(guān)系++++甲v與B垂直乙v與B不垂直3．進(jìn)一步理解洛倫茲力（1）f洛垂直于v和B組成的平面。（由上圖可得）（2）由于f洛⊥v，所以f洛不做功。（過(guò)渡）接下來(lái)讓我們共同探究帶電粒子在磁場(chǎng)中是怎樣運(yùn)動(dòng)的？三、探究帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)［理論分析］由于f洛只改變v的方向，不改變v的大小，所以v⊥B時(shí)，只在f洛的作用下，帶電粒子將做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。1．v⊥B時(shí)，帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)［實(shí)驗(yàn)演示］洛倫茲力演示儀（若實(shí)驗(yàn)效果不理想，則用多媒體播放視頻資料）［實(shí)驗(yàn)結(jié)果］v⊥B時(shí)，只在f洛的作用下，帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。［思考］既然帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，那么軌道半徑和周期怎樣確定？［理論推導(dǎo)］帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑和周期BfBf+Rm,qv（1）軌道半徑（2）周期［推論］（1）同一帶電粒子在同一磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度越大，軌道半徑越大；（2）同一帶電粒子以同一速度在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁場(chǎng)越強(qiáng)，軌道半徑越大；（3）同一帶電粒子在同一磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)周期與速度無(wú)關(guān)。［實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證］推論（1）與（2）（過(guò)渡）那么帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向不垂直時(shí)，運(yùn)動(dòng)情況又如何？現(xiàn)在讓我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)看看！2．v與B不垂直時(shí)，帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)［實(shí)驗(yàn)演示］洛倫茲力演示儀（若實(shí)驗(yàn)效果不理想，則用多媒體播放視頻資料）［實(shí)驗(yàn)結(jié)果］v與B不垂直時(shí)，只在f洛的作用下，帶電粒子做螺旋運(yùn)動(dòng)。［理論推導(dǎo)］（1）在平行于B方向：帶電粒子以速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)；（2）在垂直于B方向：帶電粒子以速度做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。Rh半徑：螺距：4四、信息瀏覽——地磁場(chǎng)與極光［學(xué)生閱讀］P120地磁場(chǎng)與極光［極光產(chǎn)生的原因］在地磁兩極附近，由于磁感線與地面垂直，外層空間入射的帶電粒子可直接射入高空大氣層內(nèi)，它們和空氣分子的碰撞產(chǎn)生的輻射就形成了極光。［思考］太空射向地球的帶電粒子的軌跡為什么會(huì)是這個(gè)樣子？［解釋］（如下圖所示）原因：（1）v與原因：（1）v與B不垂直；(磁感線是曲線)（2）由赤道到兩極B增大；（3）由于帶電粒子與大氣層摩擦v減小。由太空射向地球的帶電粒子南極北極5五、課堂練習(xí)1、下列說(shuō)法正確的是()A.運(yùn)動(dòng)電荷在磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零的地方，一定受到洛倫茲力的作用B.運(yùn)動(dòng)電荷在某處不受洛倫茲力的作用，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零C.洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功D.洛倫茲力不能改變帶電子粒子的動(dòng)能答案：CD2、帶電粒子A（質(zhì)量為m、電量為q）和帶電粒子B（質(zhì)量為4m、電量為2q（1）軌道半徑之比____（2）周期之比____答案：2:11:2六、作業(yè)課本P120家庭作業(yè)與活動(dòng)：第1題、第2題和第3題…………教學(xué)活動(dòng)詳情教學(xué)活動(dòng)1：引入活動(dòng)目標(biāo)讓學(xué)生對(duì)今天的課題產(chǎn)生興趣解決問(wèn)題在現(xiàn)實(shí)生活中也有與洛侖茲力相關(guān)的現(xiàn)象發(fā)生技術(shù)資源多媒體展示極光圖片及短片，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣常規(guī)資源圖片展示，短片展示老師講述活動(dòng)概述播放一些極光圖片及短片資料教與學(xué)的策略由現(xiàn)實(shí)生活中的現(xiàn)象入手，引起學(xué)生的興趣反饋評(píng)價(jià)學(xué)生的上課狀態(tài)及其氣氛活躍度教學(xué)活動(dòng)2：洛侖茲力的方向活動(dòng)目標(biāo)讓學(xué)生理解并會(huì)用左手定則判定洛侖茲力的方向解決問(wèn)題影響洛侖茲力方向的因素及其判定方法技術(shù)資源多媒體展示陰極射線管的結(jié)構(gòu)及工作原理、展示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象常規(guī)資源陰極射線管、馬蹄形磁鐵、洛倫茲力演示儀活動(dòng)概述播放帶電粒子偏轉(zhuǎn)視頻，實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)教與學(xué)的策略通過(guò)歸納總結(jié)法讓學(xué)生知道在力與磁場(chǎng)方向垂直情況下，洛侖茲力的方向判定符合左手定則，并初步會(huì)用左手定則做題反饋評(píng)價(jià)大部分學(xué)生能夠通過(guò)觀察視頻及實(shí)驗(yàn)歸納出左手定則并會(huì)用來(lái)解題教學(xué)活動(dòng)2：洛侖茲力的大小活動(dòng)目標(biāo)讓學(xué)生理解并會(huì)用f洛=qvBsinθ計(jì)算洛侖茲力的大小解決問(wèn)題影響洛侖茲力大小計(jì)算公式技術(shù)資源［多媒體展示］v⊥B時(shí)，v與B不垂直時(shí)，帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)常規(guī)資源洛倫茲力演示儀或多媒體演示活動(dòng)概述播放帶電粒子偏轉(zhuǎn)視頻，實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)，理論推導(dǎo)教與學(xué)的策略通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察及理論推導(dǎo)總結(jié)法讓學(xué)生得到結(jié)論：（1）當(dāng)v⊥B時(shí)，f洛最大=qvB（2）當(dāng)v∥B時(shí)，f洛最小=0（3）當(dāng)v與B之間有一定夾角為θ時(shí)，f洛=qvBsinθ（4）f洛不做功。反饋評(píng)價(jià)大部分學(xué)生能夠通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)及理論推導(dǎo)得出結(jié)論評(píng)價(jià)量規(guī)學(xué)生在探究過(guò)程中的參與度解決問(wèn)題的快慢（3）交流環(huán)節(jié)中學(xué)生的表達(dá)情況其它參考書粵教版3-1教師用書備注板書設(shè)計(jì)探究洛倫茲力一、洛倫茲力