3-5 研究洛伦兹力 教学设计 (2)

研究洛伦兹力
1教学目标
★新课标要求
（一）知识与技能
（1）通过分析安培力产生的微观原因进而认识洛伦兹力的存在；
（2）根据安培力的方向判断学会用左手定则判断洛伦力的方向；
（3）从安培力及电流的微观计算式推导出洛伦兹力的大小；
（4）了解洛伦兹力的简单应用――速度选择器；
（二）过程与方法
（1）通过极光的视频、图片、文字资料信息联系实际，激发学生的学习兴趣；
（2）通过分析安培力产生的微观原因培养学生的微观想象力；
（3）通过推导出洛伦力的计算公式进而培养学生的理论推导能力
（三）情感、态度与价值观
（1）通过实验演示洛伦兹力并讲述洛伦力在科技、生活中的应用，培养学生热爱科学研究的价值观。
（2）通过对洛伦兹力的大小和方向的推导培养学生科学严谨的求实态度及提高解决实际问题的能力。
2学情分析
★学情分析
在前面课当中，学生已经学习过磁场概念与安培力方向的判断和大小的计算，学生具有一定的知识基础，并且学生的观察比较敏锐，空间想象思维发展比较快，建模能力初步形成，对科学探究与新知识在生产生活中的应用的兴趣比较浓厚，为这节课的学习奠定了情感与能力的基础。
3重点难点
★教学重点
正、负两种电荷在磁场中运动所受洛伦兹力方向的判断和洛伦兹力大小的公式推导及简单应用
★教学难点
洛伦兹力是安培力产生的微观原因、安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现、洛伦兹力不做功的理解；
4教学方法
创设情景一一导入课题一一类比推导一－交流讨论一一实例探究
5教学过程
5.1
第一学时
5.1.1教学活动
活动1【导入】（一）引入新课
教师活动：利用投影仪投影极光的图片
学生活动：观看图片、阅读学案中的材料了解极光并积极想象其产生的原因
教师活动：投放极光视频，激发学生的学习兴趣
活动2【活动】师生互动
教师提问：1.从太阳喷射出来的高能粒子有何特点 带电、高速
2.带电粒子流经过地球时为何向两极运动 由于受到地磁场的作用
3.为什么会发光 高能粒子与大气碰撞
由前两个问题可知：极光的形成说明了什么物理规律？
学生活动：学生思考讨论并回答：跟带电粒子在磁场中的运动有关
教师活动：简单讲述极光的现象，指出当电荷在磁场中运动时，是否会受到力的作用？若真的受到力的作用，此力有什么规律？这就是我们这节课要探究的内容。
活动3【讲授】（二）进行新课
教师活动：实验演示---电风车和阴极射线在磁场中的偏转
明确指出运动的电荷在电磁场中是会受到力的作用，此力为洛伦兹力（简单介绍荷兰物理学家洛伦兹）
活动4【活动】洛伦兹力方向的类比分析活动
教师提问：通过实验演示，运动的电荷在方向不同的磁场情况下，电荷受洛伦兹力的方向也会产生变化，那洛伦兹力的方向遵循什么规律呢？安培力能用左手定则来判断其受力，那洛伦兹力可不可以也用类似的方法来判断呢？
学生活动：学生联系对比两力的区别，通过思考讨论后作答：洛伦兹力的方向判断可以用左手定则，并重点指出四个手指的方向应与正电荷的运动方向相同，与负电荷的运动方向相反。
师生总结：左手定则并进行适当的练习
教师提问：安培力是磁场对电流的作用力，洛伦兹力是磁场对运动电何的作用力，这两个力之间有没有什么关系呢？
学生讨论分析：发现安培力是大量运动的电荷所受洛伦兹力的宏观表现
师生讨论交流：洛伦兹力能否对在磁场中运动的电荷做功？
分析得出结论：洛伦兹力的方向总是与电荷的运动速度方向垂直，因此洛伦兹力对在磁场中运动的电荷不做功。
引导学生思考：洛伦兹力的产生原因清楚了，方向也能确定了，那洛伦兹力的大小怎么计算的呢？
活动5【活动】洛伦兹力大小的推理探究活动：
以一根长为L，通电流为I的直导线为研究对象，把其垂直放入磁场，由学生根据安培力分4步推导出洛伦兹力的公式
问题（1）：设直导线处在磁感应强度为B的匀强磁场中并与B垂直，求该直导线受到的安培力F为多大？
F=BIL
问题（2）：设直导线的横截面积为s，单位体积内的自由电荷数为n，每个电荷的带电量为q，电荷定向移动速度为v，求直导线中的电流I的微观表达式？
I=qnsv
问题（3）：计算该导线中总的自由电荷数
N=nLs
问题（4）：把安培力F看作是作用在每个运动电荷上的洛伦兹力f的矢量和，求单个电荷受到的洛伦兹力的大小？
f=F/N=BqnsvL/nLs=qvB
教师引导学生思考：若把静止的电荷放入磁场，电荷是否受到洛伦兹力的作用？（）
活动6【活动】（三）实例探究
教师活动：投影展示速度选择器介绍：设电场强度为E，磁感应强度为B，离子的带电量为q.
探究1
探究2
探究3
讨论：①若带电量不同的离子以这样的速度运动，能否沿直线穿过场区？（）
②若带负电的离子也以这样的速度运动，能否沿直线穿过场区？（）
③若改变离子的运动速度，能否沿直线穿过场区？（）
活动7【练习】★练习
1．请指出下面三种情况的带电粒子所受的洛伦兹力的方向
若图中的匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的电荷量为q，运动速度为V，请求出以上三种情况下粒子所受的洛伦兹力的大小？
F1=F2=F3=
活动8【练习】★思考
2．在阴极射线管中电子流向由左向右，其正上方有一根通有由左向右的电流的直导线，导线与阴极射线管平行，则阴极射线将（）
A．向上偏转B．向下偏转
C．向纸里偏转D．向纸外偏转
★思考
3．如图所示，某空间存在着正交的匀强电磁场，匀强电场的方向水平向右，匀强磁场方向垂直纸面向内，其中E=10N/C，B=1T，现有一个带电量q=+2×10-6C质量m=2×10-6kg的小球以某速度进入这个电磁场，发现其恰能做匀速直线运动，请求出小球的速度大小和方向？（g取10m/s2）
活动9【活动】总结