《磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用》教學(xué)設(shè)計(jì)

鄒書云

摘要:本文采用假設(shè)-分析推理-實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法,引導(dǎo)學(xué)生觀察、交流討論、分析推理,進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì),從而完成三個(gè)維度的教學(xué)目標(biāo)。培養(yǎng)同學(xué)們的團(tuán)結(jié)協(xié)作精神和相互合作的能力,應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

關(guān)鍵詞:洛倫茲力;情景;探究;設(shè)問;猜想;推理

中圖分類號(hào):G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003-6148(2009)11(S)-0022-3

本設(shè)計(jì)課題是人民教育出版社2006年12月第2版《全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書》(必修加選修),物理第二冊(cè)第十五章第四節(jié)內(nèi)容。

1 教學(xué)目標(biāo)

1.1 知識(shí)與技能目標(biāo)

(1)知道什么是洛倫茲力,理解電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向平行時(shí),電荷所受洛倫茲力最小,等于零;電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直時(shí),電荷受到的洛倫茲力最大,等于qvB。

(2)會(huì)用公式解答實(shí)際生活中的有關(guān)問題。

(3)會(huì)用左手定則判定有關(guān)帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力方向的問題。

1.2 過程與方法目標(biāo)

(1)通過假設(shè)——實(shí)驗(yàn)證明的研究來培養(yǎng)同學(xué)們的科學(xué)思維能力和觀察能力。

(2)通過對(duì)公式的推導(dǎo),培養(yǎng)學(xué)生的分析推理能力和應(yīng)用知識(shí)能力。

1.3 情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)

(1)通過“設(shè)問——猜想——推理——實(shí)驗(yàn)證明”來體會(huì)科學(xué)研究最基本的思維方法。

(2)培養(yǎng)同學(xué)們應(yīng)用知識(shí)的能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。

(3)體會(huì)物理學(xué)習(xí)中的邏輯美,規(guī)律的統(tǒng)一美,聯(lián)系生活,感受自然美。

2 教學(xué)重點(diǎn)

(1)洛倫茲力的大小和方向判定。

(2)培養(yǎng)分析推理能力和應(yīng)用知識(shí)的能力。

3 教學(xué)難點(diǎn)

(1)用左手定則判斷洛倫茲力的方向。

(2)培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作精神;體會(huì)物理學(xué)中的美。

4 教具

陰極射線管,條形磁鐵,蹄形磁鐵,舊電視機(jī),多媒體課件等。

5 教學(xué)過程

5.1 課題引入

創(chuàng)設(shè)情景觀察、思考。

師:下面我們來做一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)。打開電視機(jī),調(diào)好能看到清晰的圖像,看看圖像是什么樣的。(生:觀察)

師:演示,把用白紙包好的一根條形磁鐵棒靠近電視機(jī)熒光屏(請(qǐng)?jiān)诩依镆欢ú灰７?。

生:圖像變形了。

師:為什么呢?難道這是一根“魔棒”嗎?把這根“魔棒”靠近小鐵塊?？催@是什么?

生:磁鐵。

師:為什么用磁鐵靠近熒光屏就會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象呢?大家想知道這一奧秘嗎?(生:思考)

板書課題:

師:今天我們就一起來打開這個(gè)奧秘吧。磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力(板書)

5.2 新課教學(xué)

(1)探究洛倫茲力

師:回顧(課件展示):

①什么是安培力?

②如何計(jì)算安培力的大小?

③怎么判斷安培力的方向?

師生互動(dòng):

①磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力。

②F= BIL計(jì)算。

③左手定則判斷。

師:導(dǎo)體中的電流是怎樣形成的?

生:電荷的定向移動(dòng)。

師:既然磁場(chǎng)對(duì)電流有安培力的作用,而電流又是由電荷的定向移動(dòng)形成的,那么磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷是否也有力的作用呢?請(qǐng)同學(xué)們猜一猜。

生:猜想1:有。猜想2:可能有、可能沒有。猜想3:沒有。

師:下面我們用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證一下。

①介紹電子射線管的原理。

②演示一:沒有外加磁場(chǎng)時(shí),觀察陰極射線管中電子流的運(yùn)動(dòng)軌跡。

生:一條直線。

③演示二:用蹄形磁鐵在電子束的路徑上加一磁場(chǎng)(變換磁場(chǎng)方向多做幾次),再觀察,看看陰極射線管中電子流的運(yùn)動(dòng)軌跡還是一條直線嗎?

生:不是一條直線,而是變彎曲了。

師:請(qǐng)同學(xué)們想一想:可以得出什么結(jié)論?

生:運(yùn)動(dòng)電荷確實(shí)受到了磁場(chǎng)力的作用。

師生互動(dòng):叫什么力,閱讀教材。洛倫茲力。

師:洛倫茲是荷蘭物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家,1853年7月18日出生于阿納姆。洛倫茲創(chuàng)立了經(jīng)典電子論,提出了洛倫茲變換公式,1902年與其學(xué)生賽曼共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。為紀(jì)念他的卓著功勛,荷蘭政府決定從1945年起把他的生日定為“洛倫茲節(jié)”。

(2)探究洛倫茲力的方向。

師:力是矢量,它有大小有方向。閱讀課本,結(jié)合實(shí)驗(yàn)猜想洛倫茲力方向與哪些因素有關(guān)。

生:猜想一:與磁場(chǎng)的方向有關(guān)。猜想二:與電荷的運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)。猜想三:與磁場(chǎng)的方向和電荷運(yùn)動(dòng)的方向都有關(guān)。

師:怎樣判斷洛倫茲力的方向?

師生互動(dòng):磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力其實(shí)質(zhì)是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力,故洛倫茲力的方向可用左手定則來判斷。

師:如何用左手定則來判定正、負(fù)電荷所受洛倫茲力的方向呢。

生:如圖1所示,伸開左手,使大拇指跟其余四指垂直,且處于同一平面內(nèi),讓磁感線垂直穿過手心,四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向,那么拇指所指的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向。若負(fù)電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),則四指指向和運(yùn)動(dòng)的方向相反,則拇指所指的方向仍是負(fù)電荷受到的洛倫茲力的方向。

師:再觀察陰極射線管實(shí)驗(yàn),看看電子束的偏轉(zhuǎn)方向與用左手定則判定的是否一致。

生:完全一致。

師:這說明二力在本質(zhì)上是相同的,屬同一種力。安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn),洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì)。課件展示立體圖。

師生互動(dòng):討論、自主探究洛倫茲力的方向與速度方向的關(guān)系:始終垂直。

洛倫茲力的作用是什么?洛倫茲力只能改變速度的方向,不能改變速度的大小。

師:想一想洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷做功嗎?

生:不做功。因洛倫茲力的方向與速度方向始終垂直。(師:鼓勵(lì))。

師:課件展示練習(xí)(生:思考回答)

(3)探究洛倫茲力的大小。

師:通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)和上面的認(rèn)識(shí),是否可以將一段導(dǎo)體受到的安培力看作是這段導(dǎo)體中所有運(yùn)動(dòng)電荷受到的洛倫茲力的合力呢?

生:可以。

師:設(shè)導(dǎo)體中有N個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷,每個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷受到的洛倫茲力大小為F洛,這段導(dǎo)體受到的安培力和每個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷受到的洛倫茲力的關(guān)系式如何?

生:F安=NF洛或F洛=F安/N。

師:當(dāng)導(dǎo)體棒與磁場(chǎng)垂直時(shí),安培力的計(jì)算式如何?

生:F安=BIL。

師:如圖2所示,設(shè)有一段長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)體,橫截面積為S,單位體積中含有的自由電荷的個(gè)數(shù)為n,每個(gè)自由電荷的電量為q,定向移動(dòng)的速率為v,回顧導(dǎo)體中電流的微觀表達(dá)式?

生:I=nqvS。

師:運(yùn)動(dòng)電何的總個(gè)數(shù)N如何表示?

生:N=nV=nSL。

師:根據(jù)上述條件,能否推出F洛的計(jì)算式?

生:F洛=qvB。

師:F洛=qvB的適用條件是什么?

生:電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直。

師:用語言描述公式的內(nèi)容。

生:當(dāng)電荷在垂直于磁場(chǎng)的方向上運(yùn)動(dòng)時(shí),磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的洛倫茲力F等于電荷量q、速率v、磁感應(yīng)強(qiáng)度B三者的乘積。各物理量的單位分別是什么?F/N、q/C、v/m?s-1、B/T。

師生互動(dòng):討論下列幾種情況:

(1)當(dāng)v∥B 時(shí),運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力的大小是多少?

(2)當(dāng)v⊥B 時(shí)呢?

(3)洛倫茲力的大小與哪些因素有關(guān)系?

生:(1) F =0 。(2) F =qvB ,最大。(3)與4個(gè)因素有關(guān):電荷運(yùn)動(dòng)的方向和磁場(chǎng)方向的夾角有關(guān);電荷量q有關(guān);電荷的運(yùn)動(dòng)速率v有關(guān);磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小有關(guān)。

帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),洛倫茲力對(duì)它是否做功?

生:小組探究:始終不做功。

師:表揚(yáng)小組。

課件展示例題:請(qǐng)(2~3人板演)

師:歸納總結(jié)。

(4)洛倫茲力的應(yīng)用

洛倫茲力是一種非常重要的力,它有著非常廣泛的應(yīng)用。如:在電視機(jī)顯象管中的應(yīng)用、地磁場(chǎng)對(duì)宇宙射線的阻擋作用、極光現(xiàn)象等。

5.3 課外作業(yè),板書設(shè)計(jì)(略)

參考文獻(xiàn):

[1]中華人民共和國教育部制訂.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn)).北京.人民教育出版社,2003.4

[2]陳峰等.《走進(jìn)課堂——高中物理(必修)新課程案例與評(píng)析》.北京.高等教育出版社,2005.1

[3]人民教育出版社物理室. 《全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書》(必修加選修) 物理第二冊(cè).北京.人民教育出版社,2006.12 (第二版)

(欄目編輯黃懋恩)