洛伦兹力-教学设计

师范能力培养协会第一届“教学设计比赛”-1-作者：年级：华南师范大学-2-《研究洛伦兹力》教学设计【课题】研究洛伦兹力【教学时间】45分钟【教学对象】高中二年级学生【教材】粤教版高中物理选修3-1第三章第五节【教学内容分析】1.教材的地位和作用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。2.课程标准要求通过探究，了解洛伦兹力的定义、方向、大小。能解释生活应用中质谱仪等仪器的原理。3.教材内容安排教材首先简单回顾磁场对电流有安培力的作用，而电流是由电荷的定向移动形成，从而引出猜想安培力和与本节所学的洛伦兹力有一定的联系。这样的安排，在一定程度是符合知识的建构的，从学生已有的知识出发，搭桥、连线，从而在原有的基础上建立新的知识，更加吸引学生，从而达到更好的教学效果。教材在引出猜想后，通过实验现象探究洛伦兹力的方向，并引出左手定则确定具体方向；之后通过数学分析推理、类比的方法得出洛伦兹力的大小。一步一步地按着正常逻辑思维开展，符合学生的知识构建过程，中间穿插关键而具有引导性的提问，从而引导学生向特定方向思考，达到教学目的，这在另一方面也提师范能力培养协会第一届“教学设计比赛”-3-高了学生参与的积极性，吸引学生的兴趣。教材把现代技术与授课结合在一起，更加贴进生活，也更易让学生的知识与生活构建联系，从而更容易接受、吸收。这也体现了新课程标准中从生活走向物理，从物理走向社会的理念。4.教材的特点第一，从复习旧知识引入新概念。新概念往往与已经学习过的概念规律之间存在有机的联系，抓住新旧知识之间的联系，从已有知识出发，把新概念自然地引出来，也可以创设学习新概念的物理环境。第二，从物理原理出发，经过简单的引导、联系、类比，得出洛伦兹力的定义，引出相关规律。教材本身是引导性的作用，对教师的约束较少，有较大的空间自由发挥。5.教材的处理（1）完善新旧知识之间的联系引导回顾磁场对电流有安培力的作用，而电流是由电荷的定向移动形成，从而使学生把安培力和与本节所学的洛伦兹力联系起来。引导学生根据一定长度的直导线产生的安培力大小，结合数学上线构成面、面构成空间的知识，将一段直导体看成无数个电荷不断位移而构成。每段直流导体都受到安培力的作用，则每个移动的电荷也应受到一个力的作用，而这个力叫做洛伦兹力。从而实现整体过渡到个体，建立洛伦兹力的概念和它与安培力之间的联系。它利用了数学的知识和推衍的技能来解释物理现象，另外，也增加运用了化学的电解食盐水形成离子的知识来帮助理解洛伦兹力的方向，体现了新课程标准对教师学科交叉教学的要求。【学生情况分析】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。所以在教学中，应充分发挥演示实验的作用，通过教师的引导，激发学生的认知兴趣，充分调动学生学习的积极性和自主性。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，左手定则判断力华南师范大学-4-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】1.知识与技能：（1）通过实验认识洛伦兹力，知道通电导线所受的安培力是运动电荷所洛伦兹力的宏观表现。（2）知道影响洛伦兹力方向的因素，了解电子束的磁偏转原理及其在技术中的应用。2．过程与方法：（1）通过实验研究运动电荷在磁场中的偏转，简单归纳出洛伦兹力的方向跟磁场方向、电磁运动方向的关系。培养学生分析、归纳问题的能力。（2）通过洛伦兹力大小的推导过程进一步培养学生的分析推理能力，认识物理的技能、处理方法。（3）理解质谱仪等与洛伦兹力相关的现代技术的结构、原理。3．情感态度与价值观：（1）通过实验以及对、质谱仪、显象管原理的了解，让学生感悟科学是人类创造发明的基础，科学技术可以大大改善我们的生活，从而培养学生将物理问题应用于生产和生活的意识。（2）让学生认真体会科学研究最基本的思维方法：“推理—假设—实验验证【教学重点】1、利用左手定则会判断洛伦兹力的方向。师范能力培养协会第一届“教学设计比赛”-5-2、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。【教学难点】洛伦兹力的方向的探究，大小的推导，左手定则【教学策略设计】本节课的教学设计体现了新课程“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念，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，通过教师创设问题情境、有效的设问引导和严谨的实验探究，让学生亲历物理知识的构建过程。1.重视情境创设，引发探究善于创设问题情境，启发学生积极思维，使学生真正成为认识事物的主体。在情境中设置有思考价值、智力上具有挑战性的问题，启发学生学会观察，提出新问题，增强学生学习的针对性，激发学生的兴趣，提高学生学习的内在积极性和主动性。在创设情境时，求真实、生动、直观而又富有启发性。通过演示实验、科学史实、实物、影像资料、图片等等，创设学习情境。例如：本节开始的情境引入阶段，接通220V交流电的白炽灯泡，置于永久磁铁的磁场当中时，灯丝不停地抖动，看到现象学生的思维立即会产生撞击，产生了强烈的求知欲望。又如：通过引入神奇而炫丽的极光视频或图片，但学生对产生这种美丽现象的好奇心，使之产生了强烈的求知欲望。再如：学生已明确洛仑兹力的方向特点、判定法则——左手定则后，马上演示通电食盐水在磁场中旋转的实验，学生精神又为之一振，随即展开了热烈的讨论，结合已学到的化学知识，很快明白了旋转的原因，并且明确了液体中电流方向与离子、离子运动方向的关系，明确了离子和离子在磁场中所受洛仑兹力方向为什么是一致的，规律得到了强化。2.以问题为主线，激发学生思维探究式学习也是以问题为中心的学习，问题既是探究的起点，也是贯穿探究活动始终的一条主线。因此，本教学将把探究式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，使学生学会善于从生活现象中发现和提出问题，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：将生活中的实际问题转化为科学探究的问题，将大的问题分解成若干个小的问题，将不可操作的问题转化为可操作的问题，将抽象的问题转化为具体的问题。要引导学生围绕所探究的问题，开展研究方案设计讨论，华南师范大学-6-要组织学生合作实践研究，启发学生对观察到的现象进行分析，引导学生的探究热点、兴奋点，引起学生更深入地思考，形成更浓的学习兴趣。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，促进同化教师的教学设计，不仅要充分利用新旧知识间的联系，更要研究新旧知识的不同之处，本设计着重在旧知识上“生长”出新知识，协助学生实现认知同化。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，深化探究在探究学习过程中，由于学生经验背景的差异，他们对问题的理解常有不同的表现，这种差异本身构成了一种宝贵的资源。教师应促进学生之间的交流与合作。要分清哪些问题应当在组内交流，哪些问题应当在组之间交流，哪些问题可以在同学之间交流，哪些问题应当在师生之间交流。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。5.借助媒体展示，内化探究多媒体以其本身特有的功能而具备了趣味性的特点。它提供的许多可能往往是我们普通教学手段难以企及的。例如：本节中我们用Flash动画演示了安培力的微观本质是洛仑兹力，而洛仑兹力的宏面表现为安培力，为判定洛仑兹力的方向，推导洛仑兹力大小的公式奠定了基础。用动画演示了洛仑兹力的特点：只改变速度的方向，不改变速度的大小。带电粒子垂直射入匀强磁场，只受洛仑兹力作用时为什么会做匀速圆周运动。带电粒子射入匀强磁场且与磁场有一夹角时，粒子所做的等距螺旋线运动等。使学生茅塞顿开，印象深刻。最后用多媒体课件向学生介绍了回旋加速器、磁流体发电机，地磁场、太阳风、极光等知识，学生师范能力培养协会第一届“教学设计比赛”-7-通过色彩丰富的动态画面，看到了洛仑兹力在工农业生产、生活、科学研究、探索自然界奥秘等方面的重大作用，感受到了物理知识有广泛应用前景，体验到了物理学科对时代发展的深远意义，从而极大地激发起学生的学匀热情。其教育意义远远胜过了空洞的说教。【教学用具】阴极射线管、蹄形磁铁、白炽灯，食盐水，金属电极，电源【教学流程】创设情境，导入新课回顾，联系，构建概念洛伦兹力的特点判断方向，实验巩固由通电白炽灯泡置于磁场中时，灯丝不停地抖动，激发思维火花1、由阴极发射器验证磁场对电荷有力的作用，建立洛伦兹力的概念2、通过flash述说安培力与洛伦兹力之前的联系1、由于电流平行于电荷位移方向，通过洛伦兹力的宏观现象的安培力受力方向来反推电荷的方向。2、通过做电解NaCl实验，液体在容器中旋转来巩固知识通过电子束的径迹演示来得知洛伦兹力只改变电子的速度方向，永不做功，分析推理洛伦兹力大小通过安培力的公式可得：华南师范大学-8-【教学过程】一、现象导入：1、图片、flash:神奇而炫丽的极光2、实验：通电白炽灯灯丝在磁场中不停抖动的现象（设计思想：通过新奇炫丽的实验、图片来吸引同学们的注意、增加他们对本节课堂的兴趣）二、引入新课教师：（复习提问）前面我们学习了磁场对电流的作用力，通过左手定则应用：解释极光，回顾师范能力培养协会第一届“教学设计比赛”-9-可判断通电导体在磁场中受到的力的方向下面思考两个问题：（1）如图，判定安培力的方向学生上黑板做，解答如下：若已知上图中：B=4.0×10-2T，导线长L=10cm，I=1A。求：导线所受的安培力大小？学生解答：F=BIL=4×10-2T×1A×0.1m=4×10-3N答：导线受的安培力大小为4×10-3N。（2）电流是如何形成的？学生：电荷的定向移动形成电流。教师：磁场对电流有力的作用，电流是由电荷的定向移动形成的，大家会想到什么？学生：这个力可能是作用在运动电荷上的，而安培力是作用在运动电荷上的力的宏观表现。［录像演示实验］用阴极射线管研究磁场对运动电荷的作用。如图（无磁场时）；（Ｓ极磁场时）教师：说明电子射线管的原理：华南师范大学-10-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