磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力教學(xué)設(shè)計(jì)
《磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力》教學(xué)設(shè)計(jì)
2. 會(huì)用左手定則解答有關(guān)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)方向的問(wèn)題。(重點(diǎn))
3. 了解帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),知道磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和帶電粒子的速度都能影響帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。
4. 了解電子束的磁偏轉(zhuǎn)原理及其在技術(shù)中的應(yīng)用。
過(guò)程與方法
1. 通過(guò)演示實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)觀察能力。
2. 通過(guò)討論帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)方式,培養(yǎng)分析綜合能力
情感態(tài)度價(jià)值觀
1. 體會(huì)科學(xué)研究的基本方法:推理—猜想—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
2. 通過(guò)帶電粒子在科技、生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用,培養(yǎng)熱愛(ài)科學(xué)的價(jià)值觀。
(知道—了解—會(huì))
【教學(xué)過(guò)程】
一、引入新課
1. 安培力的定義:磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力。
2. 安培力方向的判斷:左手定則。
3. 電流是如何形成的:電荷(帶電粒子)的定向移動(dòng)形成的。
(問(wèn))如圖所示,判斷安培力方向:
××××××××××××××××××××××××
(答)根據(jù)左手定則,安培力方向向右。
(問(wèn))磁場(chǎng)對(duì)電流有力的作用,電流是電荷的定向移動(dòng)形成的,由此自然會(huì)想到:這個(gè)力可能是作用在運(yùn)動(dòng)電荷上的,而作用在導(dǎo)線上的安培力只是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷作用力的宏觀表現(xiàn)。
這個(gè)電流是不是每一部分都受到磁場(chǎng)的力的作用?
如果把這根導(dǎo)線無(wú)限微小的分割,物體的組成最小部分是原子,會(huì)不會(huì)是每一個(gè)原子都受到了磁場(chǎng)的作用?宏觀的表現(xiàn)就是安培力嗎?原子可以再分,可以分為帶正電荷的部分和帶負(fù)電荷的部分,是正電荷的部分還是負(fù)電荷的部分提供了這個(gè)最小的分力?還是他們都受到力?
運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中是否受到力的作用?(猜測(cè):受力)
演示:電子束在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn),介紹陰極射線管,從陰極發(fā)射出來(lái)的點(diǎn)子,在陰陽(yáng)兩極間的高壓作用下,使其加速,形成電子束轟擊到長(zhǎng)條形的熒光屏幕上,激發(fā)出熒光,可以顯示電子束的運(yùn)動(dòng)軌跡(即電荷,帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡)。
運(yùn)動(dòng)電荷就像水龍頭噴出的水流一樣,可以根據(jù)水流的形狀描述水滴的運(yùn)動(dòng)軌跡。
這節(jié)課通過(guò)電子束的形狀,描述帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡。
演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:在沒(méi)有外加磁場(chǎng)時(shí),電子束沿直線運(yùn)動(dòng);如果把射線管放在磁鐵的兩極間,電子束發(fā)生了彎曲偏轉(zhuǎn)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論:運(yùn)動(dòng)電荷確實(shí)受到了磁場(chǎng)力的作用。
小結(jié):物理學(xué)上,把磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力叫做洛倫茲力。
[1、洛倫茲力:運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)受到的力叫洛倫茲力。]
安培力——磁場(chǎng)對(duì)電流的作用
宏觀表現(xiàn) 果
微觀原因 因
洛倫茲力——磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用
小結(jié):安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)
[安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。]
練習(xí):
判斷下列說(shuō)法是否正確:
1. 電荷在磁場(chǎng)中一定受到洛倫茲力作用。(錯(cuò))
2. 電荷在電場(chǎng)中一定受到電場(chǎng)力作用。(對(duì))
3. 運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到安培力作用。(錯(cuò))
2、洛侖茲力方向的判斷
安培力的方向可以用左手定則判斷,洛倫茲力的方向是否也可以用左手定則判斷?如果用左手定則判斷,需要對(duì)應(yīng)做出改進(jìn)。
左手定則:伸出左手,拇指和其余四指垂直,且處于同一平面,讓磁感線垂直穿過(guò)掌心,四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)(電流)的方向,那么,拇指所指的方向就是正電荷受力的方向。
實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:陰極射線管
陰極射線管:一端接高壓直流電源正極,另一端接負(fù)極(左負(fù)右正),通電后,負(fù)極激發(fā)出的電子向正極運(yùn)動(dòng),形成電子束。電子束打到光屏上,顯示了電子束的運(yùn)動(dòng)軌跡。當(dāng)沒(méi)有外加磁場(chǎng)的時(shí)候,電子束作直線運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)外加向前的磁場(chǎng),電子束如何偏轉(zhuǎn)?
猜想:向上。
實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其正確性。
小結(jié):洛倫茲力方向可以用左手定則來(lái)判定,電子束向下偏轉(zhuǎn)。于我們的猜想相反。
(問(wèn))為什么實(shí)際中電子束的偏轉(zhuǎn)方向于我們猜想的相反?
(答)因?yàn)樗闹杆傅姆较蚴钦姾蛇\(yùn)動(dòng)的方向,而電子束是由電子組成的,所以方向相反。
[2、用左手定則判定洛倫茲力方向]
練習(xí):
判斷洛侖茲力方向
小結(jié):遇到帶負(fù)電的粒子,先讓四指指向與運(yùn)動(dòng)方向相反的方向。
[遇到負(fù)電荷,四指指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)方向相反的方向。]
小結(jié):洛倫茲力方向與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直,與磁場(chǎng)方向垂直。
[洛倫茲力方向與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直,與磁場(chǎng)方向垂直。]
洛倫茲力方向與電荷運(yùn)動(dòng)方向時(shí)刻垂直,即只改變速度的方向,不改變速度的大小,粒子的動(dòng)能沒(méi)有改變,也可以說(shuō)粒子在力的方向上沒(méi)有位移,所以洛倫茲力不做功。
[洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功。]
3、電子束的磁偏轉(zhuǎn)—運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡
在陰極射線管中,電子束在磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn),下面請(qǐng)進(jìn)一步觀察。
演示1:陰極射線管,電子束的方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí),
(推斷:電子束不發(fā)生偏轉(zhuǎn)),
電子束不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
演示2:洛倫茲力演示儀,其原理與陰極射線管相似,從負(fù)極發(fā)射電子,形成水平向左的電子束,玻璃球外面的線圈提供垂直于豎直面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng),此時(shí),磁場(chǎng)的方向與電荷運(yùn)動(dòng)的方向垂直,
(推斷,電子束的運(yùn)動(dòng)徑跡。初步推斷洛倫茲力的方向時(shí)刻垂直于電荷運(yùn)動(dòng)的方向,對(duì)電荷不做功,根據(jù)動(dòng)能定理,運(yùn)動(dòng)的速率不變,洛倫茲力只改變粒子的運(yùn)動(dòng)方向,這時(shí)洛倫茲力的大小是F=qvB不變,方向總與粒子的運(yùn)動(dòng)方向垂直指向圓心,電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)),
在外加垂直方向勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí),電荷做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。
小結(jié):1.電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行,運(yùn)動(dòng)軌跡是直線;
2.電荷運(yùn)動(dòng)方向與勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直,電荷做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。
[3、電子束的磁偏轉(zhuǎn)—運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡
1.電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行,運(yùn)動(dòng)軌跡是直線;
2.電荷運(yùn)動(dòng)方向與勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直,電荷做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。]
通過(guò)改變電子槍兩極間的電壓可以改變電子的速度,通過(guò)改變線圈中電流的強(qiáng)弱,可以改變磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。
調(diào)整演示儀,可以觀察到,電子速度越大,圓周運(yùn)動(dòng)半徑越大;磁場(chǎng)越強(qiáng),半徑越小。
小結(jié):電荷的速度,磁場(chǎng)的強(qiáng)弱,影響電荷作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑。
[電荷的速度,磁場(chǎng)的強(qiáng)弱,影響電荷作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑。]
4、顯像管的工作原理,宇宙射線與極光
【課堂小結(jié)】
1知道洛倫茲力的含義,知道影響洛倫茲力的因素。
2會(huì)用左手定則解答有關(guān)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)方向的問(wèn)題。(重點(diǎn))
3了解帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),知道磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和帶電粒子的速度都能影響帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。
4了解電子束的磁偏轉(zhuǎn)原理及其在技術(shù)中的應(yīng)用。
過(guò)程與方法
1通過(guò)演示實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)觀察能力。
2通過(guò)討論帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)方式,培養(yǎng)分析綜合能力
情感態(tài)度價(jià)值觀
1體會(huì)科學(xué)研究的基本方法:推理—猜想—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
2通過(guò)帶電粒子在科技、生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用,培養(yǎng)熱愛(ài)科學(xué)的價(jià)值觀。
【板書(shū)設(shè)計(jì)】
四、磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用
1、洛倫茲力
1.洛倫茲力:運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)受到的力叫洛倫茲力。
2.安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。
2、洛倫茲力方向
1.用左手定則判定洛倫茲力方向
2.遇到負(fù)電荷,四指指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)方向相反的方向。
3.洛倫茲力方向與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直,與磁場(chǎng)方向垂直。
4.洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功。
3、電子束的磁偏轉(zhuǎn)—運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡
1.電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行,運(yùn)動(dòng)軌跡是直線;
2.電荷運(yùn)動(dòng)方向與勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直,電荷做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。
3.電荷的速度(正),磁場(chǎng)的強(qiáng)弱(反),影響電荷作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑。
4、顯像管的工作原理 宇宙射線 極光
《磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力》說(shuō)課稿
一、教材分析
我說(shuō)課的題目是“磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力”選自2007年人教版物理選修3-1第三章“磁場(chǎng)”第五節(jié)的內(nèi)容,是本章的重點(diǎn)內(nèi)容之一;本章講述磁場(chǎng)的基礎(chǔ)知識(shí),它是高中物理電磁學(xué)基礎(chǔ),本節(jié)的主要內(nèi)容是什么是洛侖茲力、洛倫茲力的方向判定和大小的計(jì)算。它是在安培力基礎(chǔ)上,進(jìn)一步形成新的知識(shí)點(diǎn),又是帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的知識(shí)準(zhǔn)備,而通過(guò)本節(jié)學(xué)習(xí),在掌握知識(shí)的基礎(chǔ)上,還可以提高學(xué)生的分析、推理和推導(dǎo)能力,發(fā)展他們綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。安培力的學(xué)習(xí),是本課新知識(shí)學(xué)習(xí)的必備基礎(chǔ)。學(xué)生經(jīng)過(guò)前面學(xué)習(xí)發(fā)展的空間想象能力是學(xué)習(xí)洛侖茲力方向的能力基礎(chǔ)。而本節(jié)還要應(yīng)用電學(xué)中學(xué)過(guò)的電流強(qiáng)度的微觀表達(dá)式,及電場(chǎng)力的知識(shí);另外還要應(yīng)用高一平衡狀態(tài)知識(shí)。對(duì)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力要求很高。此外演示實(shí)驗(yàn)直接使學(xué)生參與到探究知識(shí)的過(guò)程,體驗(yàn)學(xué)習(xí)物理的樂(lè)趣。
二、教學(xué)目標(biāo)
為了提高全體學(xué)生的科學(xué)素質(zhì),從三維目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生,根據(jù)新課改精神,結(jié)合新課標(biāo)提出以下教學(xué)目標(biāo):
1.知識(shí)與技能
1)知道什么是洛倫茲力。
2)利用左手定則會(huì)判斷洛倫茲力的方向,理解洛倫茲力對(duì)電荷不做功。
3)知道洛倫茲力大小的推理過(guò)程。
4)掌握垂直進(jìn)入磁場(chǎng)方向的帶電粒子,受到洛倫茲力大小的計(jì)算。
5)了解電視機(jī)顯像管的工作原理。
2.過(guò)程與方法
1)通過(guò)演示實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力。
2)通過(guò)洛倫茲力大小的推導(dǎo)過(guò)程進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的分析推理能力。
3.情感、態(tài)度與價(jià)值觀
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”
三、重點(diǎn)難點(diǎn)
1、教學(xué)重點(diǎn)
1)利用左手定則會(huì)判斷洛倫茲力的方向。
2)掌握垂直進(jìn)入磁場(chǎng)方向的帶電粒子,受到洛倫茲力大小的計(jì)算。
2、教學(xué)難點(diǎn)
1)利用F安=BIL和I=nqvS推導(dǎo)出洛侖茲力的公式F洛=qvB。
2)洛倫茲力方向的判斷。
四、教學(xué)方法
物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的,重在啟發(fā)思維,教學(xué)方法讓學(xué)生在老師的指導(dǎo)下,通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)使學(xué)生感受到磁場(chǎng)可以使運(yùn)動(dòng)的電荷發(fā)生偏轉(zhuǎn),并引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)現(xiàn)象分析原因,使學(xué)生體驗(yàn)發(fā)現(xiàn)知識(shí)的樂(lè)趣,使學(xué)生全面了解教材。因此,這節(jié)課可采用綜合運(yùn)用直觀演示、講授、討論等手段多種教學(xué)方法。在教學(xué)中,加強(qiáng)師生間的雙向互動(dòng)環(huán)節(jié),啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生積極思維。
五、學(xué)習(xí)方法
學(xué)生是課堂的主體,現(xiàn)代教育更重視在教學(xué)中對(duì)學(xué)生的學(xué)法指導(dǎo),本節(jié)課教學(xué)過(guò)程中要注意以安培力的知識(shí)為基礎(chǔ),引導(dǎo)學(xué)生對(duì)磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的安培力可能是作用在大量運(yùn)動(dòng)電荷上的力的宏觀表現(xiàn),也就是說(shuō)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷可能有力的作用理解。在實(shí)驗(yàn)中找出磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力的規(guī)律。巧用提問(wèn),評(píng)價(jià)激活學(xué)生的積極性調(diào)動(dòng)起課堂活躍氣氛,讓學(xué)生在輕松,自主,討論的學(xué)習(xí)環(huán)境下完成學(xué)習(xí)任務(wù)。最后讓學(xué)生自由發(fā)言,舉出生活中一些有關(guān)洛侖茲力應(yīng)用的例子,做到,在從實(shí)踐到理論,從理論到實(shí)踐。
六、教學(xué)程序
從以上分析,教學(xué)中以了解、學(xué)習(xí)研究物理問(wèn)題的方法為基礎(chǔ),掌握知識(shí)為中心,培養(yǎng)能力為方向,緊抓重點(diǎn)突破難點(diǎn),設(shè)計(jì)教學(xué)程序如下:
1、新課導(dǎo)入(這部分教學(xué)大約需要3、4分鐘)
(復(fù)習(xí)提問(wèn))前面我們學(xué)習(xí)了磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力,下面提出問(wèn)題:
(1)判定安培力的方向和計(jì)算安培力的大小?學(xué)生自由回答
(2)電流是如何形成的?學(xué)生自由回答,
(3)磁場(chǎng)對(duì)電流有力的作用,電流是由電荷的定向移動(dòng)形成的,大家會(huì)想到什么?啟發(fā)學(xué)生體驗(yàn)思考,讓學(xué)生的思維進(jìn)入新課的軌道。
2、新課教學(xué)(這部分教學(xué)大約需30分鐘)
由此我們就會(huì)想到:磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的安培力可能是作用在大量運(yùn)動(dòng)電荷上的力的宏觀表現(xiàn),也就是說(shuō)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷可能有力的作用。
從演示實(shí)驗(yàn)中可以觀察到:陰極射線(電子流)在磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn),即實(shí)驗(yàn)證明了磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用,這一力稱(chēng)為洛侖茲力.
(一)洛侖茲力的方向
根據(jù)左手定則確定安培力方向的辦法,遷移到用左手定則判定洛侖茲力的方向,特別要注意四指應(yīng)指向正電荷的運(yùn)動(dòng)方向;若為負(fù)電荷,則四指指向運(yùn)動(dòng)的反方向,帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,洛侖茲力方向始終與運(yùn)動(dòng)方向垂直.
(二)洛侖茲力的大小
根據(jù)通電導(dǎo)線所受安培力的大小F=BIL,結(jié)合導(dǎo)體中電流的微觀表達(dá)式I=nqvs,讓學(xué)生推導(dǎo)出:當(dāng)帶電粒子垂直于磁場(chǎng)的方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)所受洛侖茲力大小F=qvB,如果粒子運(yùn)動(dòng)方向不與磁場(chǎng)方向垂直時(shí),即當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷的速度v方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向不垂直時(shí),設(shè)夾角為θ,同學(xué)們可根據(jù)今天所學(xué)內(nèi)容推導(dǎo)出它受的洛侖茲力大小和方向嗎?同學(xué)們分組展開(kāi)討論,最后得出結(jié)論F=qvBsinθ。當(dāng)帶電粒子平行磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí),不受洛侖茲力.帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所受的洛侖茲力的大小和方向都與其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān).
運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受洛侖茲力作用,運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化,其運(yùn)動(dòng)方向會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn).請(qǐng)同學(xué)們思考,洛侖茲力會(huì)改變帶電粒子速度大小嗎?洛侖茲力對(duì)帶電粒子是否做功?教師引導(dǎo)學(xué)生分析得:洛倫茲力的方向垂直于v和B組成的平面即洛倫茲力垂直于速度方向,因此,洛倫茲力只改變速度的方向,不改變速度的大小,所以洛倫茲力對(duì)電荷不做功。
(二)電視顯像管的工作原理
引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材,通過(guò)與學(xué)生互動(dòng)交流的方式得出電視顯像管的工作原理
3、鞏固與練習(xí)
為使學(xué)生所學(xué)知識(shí)具有穩(wěn)定性,并使知識(shí)順利遷移,在本節(jié)課上安排5~8分鐘的時(shí)間進(jìn)行鞏固和練習(xí),具體做法是:先留2分鐘時(shí)間讓學(xué)生回顧一下課本和黑板上的知識(shí)內(nèi)容,接著做幾個(gè)練習(xí),然后評(píng)講。
4、課堂小結(jié)
對(duì)本節(jié)課所學(xué)的主要知識(shí)做一個(gè)簡(jiǎn)單的總結(jié),以加深學(xué)生對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)的印象
5、布置作業(yè)
完成P98“問(wèn)題與練習(xí)”第1、2、5題。書(shū)面完成第3、4題。
在以上設(shè)計(jì)中,我力求“以學(xué)生發(fā)展為本”的教學(xué)理念,積極倡導(dǎo)“自主探究”的學(xué)習(xí)方式,落實(shí)以學(xué)生為主體地位,促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。當(dāng)然實(shí)際教學(xué)中,還要根據(jù)學(xué)生的需要和課堂上的實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)活動(dòng),不斷反思和總結(jié)。在此,還請(qǐng)各位領(lǐng)導(dǎo)、同行提出寶貴意見(jiàn),謝謝大家。
看了“磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力教學(xué)設(shè)計(jì)”
