磁场对运动电荷的作用教学设计

《磁场对运动电荷的作用》教学基本信息课题磁场对运动电荷的作用是否属于地方课程或校本课程否学科物理学段：高中年级高二相关领域科学教材书名：选修3-1出版社：人民教育出版社出版日期：教学设计说明构建主义学习理论认为：学习者只有在真实情景下学到了知识，才会真正了解所学知识的意义价值，知识才能成为学习者解决实际问题的工具，脱离了情景的知识不具有良好的迁移性能。为此，在整个的教学活动中，以学生主体、教师主导、师生合作交流、生生合作探究的方式组织教学；在教学的双边活动中，教师以实验观察和多媒体模拟，以及磁场中电流受力和电流与运动电荷间的关系搭建问题支架情境，启发引导抽象建立电子流的直导线在磁场中的物理模型，组织学生合作讨论和探究洛仑兹是安培力的微观本质，实现学生对洛伦兹力的大小和方向等知识的意义构建为核心，突出教学重点、化解教学难点，帮助学生学会从宏观现象探究微观运动本质的思想和方法，发展学生思维和运用数学解决物理问题的能力，体验学生的科学探究思想和精神。因此，在教法上采取的主要教学法是：导学结合、探究式情景教学：实验演示、启发引导、点拨思维、评估调控等教法。教学手段及技术准备多媒体ppt，感应起电机，真空射线管，条形磁铁，导线，电源等教学目标1、知识与技能：①认识洛伦兹力。②会计算洛伦兹力的大小，会用左手定则判定洛伦兹力的方向。2、过程与方法：①认识宏观和微观之间的联系，经历实验探究和理论推导的过程。②理解“现象→假设→物理模型→推理→实验验证”科学探究的方法和途径。3、情感态度与价值观：通过经历运用所学知识进行探究的活动，激发学生乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理的求知欲，感受物理的自然美和探索形成物理知识的思维美，体验克服困难的信心和决心，能体验战胜困难、解决物理问题时的喜悦，认识“物理源于生活、服务于人类”的实践观念，激发“好学”、“乐学”的热情和积极性。教学教学过程过程教学环节教师活动学生活动一创设情景、激趣导入︵3︱5min︶【活动1】播放极光现象视频材料。【提问1】极光在地球的哪些地方可以看到？【提问2】极光的产生与哪些因素有关？【分析归纳】极光的产生与太阳发出的射线粒子流与地球南北两极的强磁场相互作用密切相关的。【活动2】设问激趣，导入新课【提问】磁场对电荷有何作用？怎样探究磁场与运动电荷之间的作用规律呢？【口述】这正是本课所要探究学习的内容。【板书】磁场对运动电荷的作用。观看视频、思考回答。1.南北两极地区。2.太阳射线、地磁场。二实验演示、提出问题；观察抽象、形成概念︵5︱8min︶1、实验演示、提出问题活动】实验介绍，演示阴极射线管实验现象。【实验介绍】抽成真空的阴极射线管，从阴极发射出的电子束，在阴极和阳极的高电压作用下，轰击得到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以显示出电子束的运动的径迹。【演示现象】分别演示有、无磁场，通电、断电四种情况下电子束的运动径迹。【提问1】通过实验观察，电子束的运动径迹变化有何规律？【板书】电子束的径迹向下发生了偏转【提问2】加入垂直的磁场后，电子束为什么会偏转呢？【启发思维】运动电荷在磁场中运动状态发生了改变，而力是改变物理运动状态的原因。【抽象概括】实验证明了磁场对运动电荷有力的作用，这一力称为洛仑兹力。【板书】一、洛伦兹力（f，N）定义：运动电荷在磁场中受到的力。【讲述】洛伦兹1853年出生，1875年就拿到了博士学位，23岁就担任英国莱顿大学物理系教授，是一个很了不起的科学家。观察演示实验，记录实验条件和对应现象。【分析归纳】电子束运动径迹在加入垂直磁场时要发生偏转,偏转方向与加入的磁场有关，作出磁场方向，电子运动方向和受力方向的关系图。【分析思考】电子束受到磁场对它力的作用。了解的洛伦兹的生平轶事和在科学上的杰出贡献。2、观察抽象、形成概念vvvvvvv三类比猜想、建立模型；实验验证、揭示本质︵15︱18min1、点拨思维、类比猜想【板书】二、洛伦兹力的方向【提问1】电流是怎样形成的？【活动1】播放flash模拟实验过程与结果。【提问2】运动的电子束是电流吗？【提问3】同学们，电流在磁场中会受力的作用吗？【提问4】如何判断安培力方向？【类比猜想】既然电子束也是电流，而磁场对电流有安培力的作用。那么，我们可否用安培力知识探究磁场对电子束的作用呢？【回答】电流是由电荷的定向移动所形成的，正电荷定向移动的方向为电流方向。【回顾】学生联系电流的定义和多媒体模拟的电子束，得出运动的电子束是无约束的电流。【回答】1.受到安培力作用。【回答】2.左手定则。2、模拟分析、建立模型【活动2】播放flash，模拟分析通电直导线所受安培力与内部运动电子的洛伦兹力关系模型。【提问】电子束是无约束的电流，电子束在导体中运动时，每个运动电荷受到洛伦兹力，致使导体受到安培力。【板书】【猜想1】洛伦兹力的方向遵从左手定则吗？【猜想2】安培力本质上是形成电流的运动电荷受到的洛伦兹力的合力吗？观察、分析、思考、讨论和猜想，形成探究洛伦兹力方向和大小的清晰物理模型表象。3、实验验证、揭示本质【活动3】改变磁场方向，实验探究洛伦兹力方向，验证洛伦兹力方向遵从左手定则的猜想。【活动4】flash再现学生实验过程，以及洛伦兹力方向与磁场方向和电荷运动方向三者的关系。【板书】洛伦兹力方向遵从左手定则利用阴极射线发射器，蹄形磁铁实验器材，自主制定实验验证方案，分组实验、合作交流，归纳总结探究结果。重温实验过程，加深对洛伦兹力左手定则的理解和记忆。四运用模型、理【再现模型】如图，在磁感应强度为B的磁场中，长为L的导线，单位体积内含的运动电荷数n，每个电荷电量为q，电荷的平均定向移动速率是v，导线的横截面积是S）：学生根据猜想、回忆电流、安培力的定义，理论推导洛伦兹力的大小表达式。nqsvtQΙF=BILvvvv----ffff----ffff----ffff----ffff----ffffIIIIFFFF安安安安BBBBBBBfffvvvv++++论探究︵5︱8min︶【搭建支架】请同学们根据已学知识，思考怎样根据电流定义表示出电流的大小？怎样表示导体所受安培力大小？怎样表示导体中电流个数？【点拨思维】通电导线所受安培力的大小实质上就等于形成电流的所有电荷定向移动过程中受到洛伦兹力大小的总和。洛伦兹力是安培力的微观本质。根据这一思想，能推导出洛伦兹力的大小表达式吗？N=nLSf=qvB【交流总结】当电荷在磁场中运动时，磁场对运动电荷的洛伦兹力f等于该电荷的电荷量q、电荷运动速率v、所在磁场磁感应强度B三者的乘积。五回归生活、延伸铺垫︵3︱5min︶【活动】播放极光成因视频材料。【课后探究1】磁场对静止电荷有无作用？【课后探究2】电荷以任意方式进入磁场，又该怎样分析洛伦兹力？【课后思考3】洛伦兹力又会怎样改变电荷的运动状态呢？回忆、理解、反思；感受生活中物理美。了解地磁场的存在保护人类免受太阳射线和粒子流危害。巩固运用安培力知识探究洛伦兹力的思想、模型和方法。课后思考。测试反馈1．带电荷量为＋q的粒子在匀强磁场中运动，下列说法中正确的是()A．只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同B．如果把＋q改为－q，且速度反向，大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变C．洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直D．粒子在只受到洛伦兹力作用下运动的动能、速度均不变2．带电粒子垂直匀强磁场方向运动时，会受到洛伦兹力的作用．下列表述正确的是()A．洛伦兹力对带电粒子做功B．洛伦兹力不改变带电粒子的动能C．洛伦兹力的大小与速度无关D．洛伦兹力不改变带电粒子的速度方向3．如图1所示，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BBBBLLLLVVVVnnnnqqqqSSSS指出洛伦兹力的方向．4．如图所示，半径为r的圆形空间内，存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子(不计重力)从A点以速度v0垂直于磁场方向射入磁场中，并从B点射出，若∠AOB＝120°，则该带电粒子在磁场中运动的时间为()A.2πr3v0B.23πr3v0C.πr3v0D.3πr3v0课堂小结本节主要学习了：1.通过实验认识了洛伦兹力2.洛伦兹力的方向判断：左手定则（四指指向正电荷运动方向）3.理论推导洛伦兹力的大小f=qvB