最新人教版高中物理选修31第三章《运动电荷在磁场中受到的力》教学设计Word文件下载.docx

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3.理解洛伦兹力对运动电荷不做功.

教学方法

从实际生活中的现象及所学的知识进行质疑→探究→解疑，经历多次的比较，使知识得到理解；

学生通过观察、分析、探究、讨论、归纳总结完成本节的学习任务.

教学设计

（一）（设计者：

王　坤）

教学过程设计

主要教学过程

教师活动

学生活动

一、引入新课

思考两个问题：

1.如图，判定安培力的方向.

若已知图中B＝4.0×

10－2T，导线长L＝10cm，I＝1A．求导线所受的安培力大小.

2.什么是电流？

电荷的定向移动形成电流.

[演示实验]

观察磁场阴极射线在磁场中的偏转（教材第95页图3.51）

电子射线管的原理：

阴极射线是灯丝加热放出电子，电子在加速电场的作用下高速运动而形成的电子流，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轨迹，磁铁是用来在阴极射线周围产生磁场的，还应明确磁场的方向.

[实验结果]

在没有外磁场时，电子束沿直线运动，蹄形磁铁靠近电子射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲.

学生思考、回答.

二、新课教学

1.洛伦兹力的方向和大小

（1）洛伦兹力的定义：

运动电荷在磁场中受到的力.

[问题]运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用，那么洛伦兹力的方向如何判断呢？

（2）洛伦兹力的方向

①判定安培力方向．（图甲中安培力方向为垂直电流方向向上，乙图安培力方向为垂直电流方向向下．）

②电流方向和电荷运动方向的关系．（电流方向与正电荷运动方向相同，与负电荷运动方向相反．）

③F安的方向和洛伦兹力方向的关系．（F安的方向与正电荷所受的洛伦兹力的方向相同，与负电荷所受的洛伦兹力的方向相反．）

④电荷运动方向、磁场方向、洛伦兹力方向的关系．（学生分析总结）

⑤洛伦兹力方向的判断——左手定则

伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；

让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向.

【课堂练习】试判断下图中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向.

【分析】图甲中正电荷所受的洛伦兹力方向垂直运动方向向上．图乙中正电荷所受的洛伦兹力方向垂直运动方向向下．图丙中正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸外.

（3）洛伦兹力的大小

【例题】设有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，导线每单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中.

[问题1]这段导线中电流I的微观表达式是怎样的？

I＝nqSv

[问题2]这段导体所受的安培力为多大？

F安＝BIL

[问题3]这段导体中含有多少自由电荷数？

nSL

[问题4]每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为多少？

F洛＝＝＝＝qvB.

[总结]洛伦兹力大小的计算公式

①当粒子运动方向与磁感应强度垂直时（v⊥B）　F洛＝qvB

②当粒子运动方向与磁感应强度方向成θ时　F洛＝qvBsinθ

以上两式各量的单位：

F为牛（N），q为库伦（C），v为米每秒（m/s），B为特斯拉（T）

（5）电视显像管的工作原理

引导学生阅读教材相关内容，思考并回答问题．如图所示，电子束是怎样实现偏转的？

显像管原理示意图（俯视图）

[问题1]要使电子打在A点，偏转磁场应该沿什么方向？

要使电子打在A点，偏转磁场应该垂直纸面向外.

[问题2]要使电子打在B点，偏转磁场应该沿什么方向？

要使电子打在B点，偏转磁场应该垂直纸面向里.

[问题3]要使电子打在荧光屏的位置从A点向B点逐渐移动，偏转磁场应该怎样变化？

要使电子打在荧光屏的位置从A点向B点逐渐移动，偏转磁场应该先垂直纸面向外并逐渐减小，然后垂直纸面向里并逐渐增大.

学生认真听讲、并积极思考.

按照所提出的问题进行思考与讨论.

三、课堂小结

回顾本节“你学到了什么？

”

梳理本节知识要点.

四、课后作业

教材问题与练习1～3.

课后完成.

板书设计

一、洛伦兹力的方向

让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的的方向．

二、洛伦兹力的大小：

F＝qvB

三、电视显像管的工作原理

教学反思

教学目标基本完成，现象——分析——推理——猜想——实验验证——得出结论是科学研究最基本的思维方法，让学生根据本节所学的知识去探究生活和科技中还有哪些应用洛伦兹力的例子，使学生的思维得到了发散．在课堂处理过程中，注意对重难点知识的讲解和对学生思维的引导，并关注学生的个体差异．在今后教学中应设置探究题目，让学生探究得出结论，培养学生自主学习的能力，提高教学效率．

教学设计

（二）（设计者：

周　英）

【设景激疑】

通过多媒体播放神奇的极光视频，让学生观察并欣赏它的漂亮，同时提出问题：

这么美丽的景色是怎么形成的呢？

【温故知新】

前面我们学习了磁场对电流的作用力，请同学们思考并回答：

1．如图判定安培力的方向

10－2T，导线长L＝10cm，I＝1A．求导线所受的安培力大小．

2．电流的定义是什么？

提出问题：

既然磁场对电流有力的作用，而电流是电荷的定向移动形成的．那么磁场是否对运动电荷也有力的作用呢？

教师抽取部分学习小组进行发言，听取他们的研讨意见．

大胆猜想：

磁场对运动电荷有力的作用．

（一）探究洛伦兹力的方向和大小

【实验演示】观察阴极射线在磁场中的偏转（教材第95页图3.51）

介绍阴极射线管的原理：

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轨迹．

现象：

在没有外磁场时，电子束沿直线运动；

在蹄形磁铁靠近电子射线管，发现电子束运动轨迹发生了偏转．

电子束的直线运动说明了什么？

电子束的偏转说明了什么？

实验结论：

【归纳总结】

洛伦兹力的定义：

运动电荷在磁场中受到的力．

教师说明：

通电导线在磁场中所受安培力实际是洛伦兹力的宏观表现．

引导学生提出猜想：

磁场对电流作用力的实质是磁场对运动电荷的作用力．

1．探究洛伦兹力的方向

运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用，那么洛伦兹力的方向如何判断呢？

理论分析：

引导学生思考安培力与洛伦兹力之间的关系，电流是由定向运动的电荷所形成的，安培力是作用在运动电荷上的力（洛伦兹力）的宏观表现．

【实验演示】再次观看演示实验，改变磁场方向，分析实验现象，引导学生猜想洛伦兹力的方向跟什么因素有关？

洛伦兹力的方向是否可以用左手定则判定？

【实验验证】进一步观察电子束垂直进入磁场时的偏转，并改变磁场方向．在黑板上作图表示，验证洛伦兹力的方向是否可以用左手定则判定．

（设计意图：

体现物理是以实验为基础的学科，科学实验是揭示自然规律的重要方法和手段．培养学生科学研究最基本的思维方法：

分析推理——猜想——实验验证——得出结论．）

让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向．

（强调：

对于运动的负电荷，四指指向是负电荷运动的反方向．）

【巩固练习】试判断如图所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向．

学生解答：

图甲中洛伦兹力方向垂直运动方向向上；

图乙中洛伦兹力方向垂直运动方向向下；

图丙中洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸外；

图丁中洛伦兹力的方向垂直于纸面指向纸里．

2．探究洛伦兹力的大小

安培力是洛伦兹力的宏观表现，两者方向判断方法相同，大小是否也存在某种联系？

能否通过电流受到的安培力导出运动电荷受到的洛伦兹力的大小呢？

创设情景：

请同学们根据教材第96页“思考与讨论”，建立物理模型如图，回答下列问题：

①在时间t内通过截面的粒子数为多少？

（N＝nvSt）

②算出q与电流I的关系（I＝nqvS）

③导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中，导线受到的安培力有多大？

（F安＝BIL）

④安培力F安可以看作是作用在每个运动电荷上的洛伦兹力F的合力，则每个电荷所受的洛伦兹力多大？

（F洛＝＝＝＝qvB）

这是本节的难点，结合教材中的思考与讨论，根据学生的认知规律将复杂问题简单化，设置四个小问题让学生依次去探究，这样就为学生提供解决问题的逻辑线索，降低解决问题的难度，锻炼学生的逻辑推理能力．）

教师巡视学生推导情况并进一步引导学生分析结论．

提问：

该公式F洛＝qvB的适用条件是什么？

回答：

电荷的运动方向与磁场方向垂直．

当v∥B时，F洛＝0（类比安培力，B∥L时F安＝0）

学生思维发散：

当v与B既不垂直，又不平行时，洛伦兹力的大小又如何求？

教师讲解处理方法类比安培力：

将磁感应强度或速度分解，设当粒子运动方向与磁感应强度方向成θ时，F洛＝qvBsinθ.

将安培力和洛伦兹力的大小关系作比，既能自然地推导出洛伦兹力的大小，又能将洛伦兹力和安培力的处理方法有效统一，提高教学效率．）

（二）电视显像管的工作原理

【自主学习】阅读教材第97页“思考与讨论”相关内容，讨论电子束是怎样实现偏转的．

介绍原理及构造：

电视显像管应用电子束磁偏转的道理；

显像管由电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等组成．

图3.5-4　显像管原理示意图（俯视图）

问题1：

要使电子束打在A点，偏转磁场应该沿什么方向？

问题2：

要使电子束打在B点，偏转磁场应该沿什么方向？

问题3：

要使电子束打在荧光屏的位置从A点向B点逐渐移动，偏转磁场应该怎样变化？

体现了物理知识与科学技术的联系，判断电子束的偏转方向实际上是左手定则的具体应用，培养学生灵活运用知识和总结规律的能力．）

教材问题与练习2～4.

一、探究洛伦兹力的方向和大小

1.洛伦兹力的定义：

2.洛伦兹力方向的判定——左手定则

3.洛伦兹力大小：

（1）v∥B，F洛＝0；

（2）v⊥B，F洛＝qvB；

（3）v与B成θ时，F洛＝qvBsinθ.

二、电视显像管的工作原理

1.原理：

电子束的磁偏转．

2.构造：

本节通过观看生活中极光现象的视频引入课题，使学生在欣赏美的同时感受到物理知识的价值，整个探究过程中通过观察实验现象——猜想获取——分析推理——实验验证——构建新知——理论联系实际的思维方法，探究洛伦兹力方向；

再由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式，在推导的过程中培养了学生的逻辑思维能力和归纳总结能力．本节内容在探究过程中注重了学生的认知基础和思维能力，将物理知识和科学技术相联系，开拓了学生的视野，达到教学的真正目的．

粒子加速器在中国的发展

1955年

中国科学院原子能所建成700eV质子静电加速器．

1957年前后

中国科学院开始研制电子回旋加速器．

1958年

中国科学院高能所2.5MeV质子静电加速器建成．

中国第一台回旋加速器建成．

清华大学400keV质子倍压加速器建成．

1958～1959年

清华大学2.5MeV电子回旋加速器出电子束．

1964年

中国科学院高能所30MeV电子直线加速器建成．

1982年

中国第一台自行设计、制造的质子直线加速器首次引出能量为10MeV的质子束流，脉冲流达到14mA.

1988年

北京正负电子对撞机实现正负电子对撞．

兰州近代物理研究所用于加速器重离子的分离扇形回旋加速器（HIRFL）建成．

1989年

北京谱仪推至对撞点上，开始总体检验，用已获得的巴巴事例进行刻度．北京谱仪开始物理工作．

中国科技大学设计的我国最早起步的同步辐射加速器建成出光，它由200MeV电子直线加速器和800MeV储存环组成．

2004年

北京正负电子对撞机重大改造工程（BEPCⅡ）第一阶段设备安装和调试工作取得重大进展．同年11月19日16时41分，直线加速器控制室的示波器上显示出的电子束流流强约为2A以上，标志着BEPCⅡ直线加速器的改进工作取得一个重要的阶段性成果．

2005年

北京正负电子对撞机（BEPC）正式结束运行．投资6.4亿元的北京正负电子对撞机重大改造工程（BEPCⅡ）第二阶段——新的双环正负电子对撞机储存环的改建工程施工正式开始．新北京正负电子对撞机的性能将是美国同一类装置的3～7倍，对研究体积为原子核一亿分之一的夸克粒子等基础科研具有重要意义．