1、 1探究洛伦磁力-教学设计凤翔中学物理组 张 辉一、教法教材分析和教法设计的基本思想本节课的课题为探究洛伦磁力 ，在编于普通高中物理教材沪科版，选修 3-1 第五章第五节。属高考必考内容部分。探究性学习是新一轮课程改革中重要课程理念，其宗旨是改变学生的学习方式，突出学生的主体地位，对于我们的老师而言，要转变以前的教育理念，走下讲台，走进学生心灵的深处，变领路人为指路人，帮助学生发挥自身最大限度的学习潜能，老师不但应该接受这一理念，而且要将这一理念体现到具体教学活动中去。对我们的学生而言，目前的学习也是一种真实的经历，其中少不了学生自己的亲身体验过程：发现问题-探究问题-经历失败挫折-解决问题-
2、赢得成就感-满足自信心的需求-走向下一个成功的起点，这是任何一个老师也不能包办代替的。物理教学要重视科学探究的过程，要从重视和设计学生体验学习入手，让学生置身于一定的情景，去经历、感受。二、教学目标1、知识目标1） 、通过实验的探究，认识洛伦兹力；会判断洛伦兹力的方向。2） 、理解洛伦兹力公式的推导过程；会计算洛伦兹力的大小。3） 、理解带电粒子垂直进入磁场中做匀速圆周运动的规律。2、能力目标1） 、通过科学的探究过程，培养学生实验探究能力、理论分析能力和运用数学解决物理问题的能力；2） 、了解宏观研究与微观研究相结合的科学方法。3、情感、态度、价值观让学生亲身感受物理的科学探究活动，学习探索
3、物理世界的方法和策略，培养学生的思维。三、教学设计过程内容提纲 内容设计及学生活动 教法、学法设计引入新课理论联系实际，引入新课师：你了解极光吗？那位同学知道极光常发生在地球的什么地方吗？答：2师：地球南北两极，其实在我国黑龙江漠河地区也时常发生极光现象。你想知道极光发生的根本原因吗？科学的研究发现，极光与地磁场对来自太空的高速带电粒子的作用力有关。看来，要解释极光现象，首先要研究磁场对带电粒子的作用力。早在 1892 年，荷兰物理学家洛仑兹就研究了磁场对运动电荷的作用力的问题。为了纪念洛仑兹对物理学的贡献，物理学中把磁场对运动电荷作用力叫洛仑兹力。发现问题“任务驱动教学”进入课题研究。新课教
4、学“探究洛仑兹力”探究一：洛仑兹力存在（1） 、从微观的角度分析猜想磁场对运动的电荷有洛仑兹力的作用。师生互动提出设想师：首先，我们回顾一下磁场对电流的作用力安培力。如果一段直导线放在磁场中，那么它受不受安培力的作用？答：不受。师：那直导线在什么条件下受安培力的作用？答：直导线通上电流以后才受安培力的作用。师：直导线通上电流以后一定有安培力的作用吗？答：（思考后回答）不一定，当通电直导线平行于磁场方向时，不受安培力的作用，垂直放置时安培力最大。师：很好，当一段直导线垂直放置在磁场中时不受安培力的作用，当直导线垂直与磁场方向并且通上电流以后有最大安培力的作用，思考一下，电流是大量的电荷定向移动而
5、形成，由此请同学们大胆猜想一下磁场对通电直导线的安培力产生的根本原因是什么？ 建议学生小组讨论【引导猜想】 磁场对通电导体的安培力产生的根本原因是由磁场对导体中的定向移动自由电子的作用力引起的。通过复习旧知识，使知识发生迁移，培养学生从已有知识得出新知识的能力。让学生了解宏观研究与微观研究相结合的科学方法。培养学生猜想、推理和分析能力3（2） 、设计实验验证洛仑兹力实验探究实验验证师： 既然同学们猜测到是磁场对定向移动自由电子的有力的作用。那么我们就要用实验来验证一下这个想法。可是电子是微观粒子，不能直接观察。要用实验验证同学们的猜想，就需要采取一些措施，来完成这个实验。这里有一个阴极射线管和
6、一个感应圈，感应圈能产生高压。电压有多高呢？（教师演示高压放电现象，注意实验过程放电危险，实验完毕消除静电） 。现在我把感应圈产生的高压加到阴极射线管，请大家观察实验现象。实验过程：老师指导学生完成实验过程。 （不要老师代替学生完成实验）师：观察了实验现象，那么我们怎么样解释这种物理现哪？【解释实验原理】：阴极射线管的阴极能发射出的电子，阴极射线管利用感应圈产生的高压在阴极射线管两极间产生加速电场，使阴极发射出的电子做加速直线运动形成电子束。当电子打到荧光屏上时，发出荧光，显示出电子束的运动径迹。师：现在观察到了运动电子的径迹，请同学们设计一下实验，从而证实同学的猜想：磁场对运动自由电子有力的
7、作用。答：在阴极射线管的周围加一个磁场。建议学生自己完成实验过程【实验验证，观察现象。当条形磁铁靠近阴极射线管时电子束弯曲，越靠近弯曲程度越大。 】实验结论：磁场的确对运动电荷存在作用力-洛伦磁力。让学生认识制定计划和设计实验在科学探究中的作用。培养学生实验设计能力。 探究二：洛仑兹力方向下面我们探究一下洛仑兹力的大小和方向。 激发学生进一步研究的兴趣提出问题【课堂探究问题 1】回顾安培力的判定方法：左手定则，根据上面的实验现象，你能否分析得到一个判断洛仑兹力方向的方法呢？（以教材图 545 为例研究）以解决问题为中心，通过提出问题、分析问题、创造性地解决问4推理分析【师生互动，根据上面的实验
8、，讨论正、负两种电荷判断的方法】答：用左手。 （学生讲方法，师生共同判定）答：用右手。 （学生讲方法，师生共同判定）答：用右手，磁场方向穿过手背。教师：很好。如果是正电荷呢？用左手判定方便，如果是负电荷呢？用右手判定方便。下面我们从物理学的研究习惯和方便性的原则出发，归纳总结只用一只手判定洛仑兹力方向的方法呢？答：能。 （学生讲方法，师生共同判定）师：很好！今天同学们共同研究得出洛仑兹力方向使用左手可以判定，总结刚才左手判断的方法，就是左手定则。老师归纳：左手定则内容 引导学生进一步思考：（1）使用左手定则应注意什么？（2）根据左手定则，洛仑兹力的方向跟电荷运动方向之间存在什么关系？ 题等去掌
9、握知识。培创造力和创造精神。针对训练激发学生在探究活动学习热情，开发学习潜能。探究三：洛仑兹力大小【课堂探究问题 2】那么洛仑兹力的大小与那些因素有关呢？ 紧扣主题，逐步深入探究。提出问题师：关于这个问题还是要从安培力和洛仑兹力关系分析。 （根据电荷形成电流的示意图）导体放在垂直于纸面向里的磁感应强度为 B 的磁场中，试分析思考以下问题： 使学生的学习沿 甲V 乙V针对训练: 根据左手定则，判断以下四种情况运动电荷所受洛仑兹力方向，并定性画出一段运动的轨迹。5推理分析、1）从微观的角度分析：当电子向右定向移动时，每个电子所受洛仑兹力的方向？从宏观的角度分析：当电子向右定向移动时，电流的方向和安
10、培力的方向关系？【建议学生用以前的知识回答讨论，如上图所示。 】2） 、根 据 上 面 的 分 析 推 理 安 培 力 和 洛 仑 兹 力 大 小 存 在 什 么 关 系 ？答：洛仑兹力的方向与安培力的方向相同；答：安培力是洛仑兹力的宏观表现（教师：很好，观点很新颖。 ）【综上所述，安培力和洛仑兹力大小存在以下关系：BIL=Nf。 】师：可见，要确定洛仑兹力大小，首先要从微观角度上分析确定电流 I、电子的总个数 N 的大小。如果：v 是电荷定向移动的速度，q是电荷的电量，n 是单位体积内的电子数。 根据以前学习的知识，同学们回忆一下：在 t 秒内有多少个电荷通过导体某一截面？电流强度的微观表达
11、式是什么？(用课件演示电流形成过程)I=qnvs师：BqvnsL=Nf, （师生共同分析：N=LSn）所以：BqvN=Nf得出磁场对运动电荷洛仑兹力的表达式：f=Bqv着事物发生、发展过程，逐步的认识事物的发展规律，进而获得对事物全面的、科学的认识。了解宏观研究与微观研究相结合的科学方法。培养学生建立物理模型，培养理论分析能力和运用数学解决物理问题的能力； IFV6【总结归纳，强调公式的条件】 探究四：研究带电粒子在磁场中运动以上我们探究了磁场对运动电荷洛仑兹力的规律和特点。下面我们运用这些规律和特点研究一个带电粒子垂直射入磁场中运动时的规律。培养学生的情感，激发兴趣。提出问题推理分析【课堂探
12、究问题 4】 如果一个微观带电粒子垂直射入磁场中，请同学们分析一下受力情况。并判断带电粒子在磁场中做什么运动？（不考虑重力）答：在不考虑重力的作用下，只受洛仑兹力的作用师：为什么这个粒子不可能做直线运动？答：因为洛仑兹力始终和速度方向垂直，根据曲线运动的条件，这个粒子只能做曲线运动。师：带电粒子运动过程中洛仑兹力做功吗？答：沿速度的方向没有力，所以速度的大小不变，动能不变，所以不做功；答：洛仑兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，所以速度的大小不变，动能不变，所以不做功；】师：根据这两位同学的分析，速度的大小不变，动能不变，为什么洛仑兹力不做功？答：根据动能定理，因为动能的变化量为零，所以洛
13、仑兹力不做功师：很好！根据乙同学所讲洛仑兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，从力的作用效果讲，它是我们前面学习的哪一个力？生：向心力。师：微观带电粒子在磁场中做什么样的运动？生：匀速圆周运动。通过新旧知识的迁移，培养学生理论分析能力和解决物理问题的能力；总结运动的规律，使学生从感性认识上升到理性的认识7【教师总结】正、负带电粒子垂直射入磁场中的运动探究五： 规律的应用既然我们知道微观带电粒子垂直射入磁场中做匀速圆周运动。那么带电粒子在磁场中运动的轨道半径和周期应当怎样计算哪？激发进一步探究的热情。提出问题推理分析【课堂探究问题 5】 如果一个质量为 m，速度 v 的微观带电粒子垂直射入磁感
14、应强度为 B 的磁场中，带电粒子将做匀速圆周运动，那么，向心力是由什么力提供？圆心如何确定？轨道半径多大？周期多大？黑板图示：学生小组合作探究答：洛仑兹力提供向心力。答：圆心是任两点速度方向垂线的交点。师：如果匀速圆周运动的轨道半径是 r，根据牛顿第二定律，它匀速圆周运动是向心力多大？洛仑兹力和向心力的关系？公式牢记：强调：周期与速度和半径无关。 （建议同学课后同学在研究。 ）引导学生利用学过的知识合作探究问题答案，培养学生，运用已有知识解决问题的能力。老师简单归纳本节所学知识，引入本节随堂训练。鼓励学生结合本节所学知识，通过合作探究解决问题，展示学习成果。Bqvrm2得： ，qmvrBT28谈谈你对本节学习体会（小结本节内容）自己归纳，养成良好的学习习惯。
