
第一章 安培力與洛倫茲力(單元解讀)課標(biāo)要求內(nèi)容分析學(xué)習(xí)目標(biāo)教學(xué)重難點(diǎn)01020304教學(xué)策略05課標(biāo)要求第一部分1.1.1通過(guò)實(shí)驗(yàn),認(rèn)識(shí)安培力。能判斷安培力的方向,會(huì)計(jì)算安培力的大小。了解安培力在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。1.2通過(guò)實(shí)驗(yàn),認(rèn)識(shí)洛倫茲力。能判斷洛倫茲力的方向,會(huì)計(jì)算洛倫茲力的大小。1.3能用洛倫茲力分析帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)。了解帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)及其應(yīng)用。學(xué)習(xí)目標(biāo)第二部分內(nèi)容分析第三部分 安培力的方向和大小是本節(jié)的重點(diǎn),弄清安培力、電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度(磁場(chǎng))三者方向的空間關(guān)系是本節(jié)的難點(diǎn)。教學(xué)中要關(guān)注學(xué)生已有的基礎(chǔ)知識(shí),把新知識(shí)與學(xué)生已有的知識(shí)結(jié)合起來(lái)。從物理觀念這個(gè)角度講,安培力這個(gè)概念屬于物質(zhì)觀和相互作用觀的內(nèi)容。前面學(xué)習(xí)過(guò)庫(kù)侖力,知道庫(kù)侖力的大小和方向。安培力與庫(kù)侖力有相似之處,它們都是場(chǎng)力。電場(chǎng)對(duì)電荷的作用力是庫(kù)侖力,磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力是安培力。教學(xué)中要抓住這兩個(gè)概念相似的地方適時(shí)幫助學(xué)生建立場(chǎng)的物質(zhì)觀。另外,庫(kù)侖力與安培力也有不同的地方。庫(kù)侖力的方向?yàn)椋赫姾傻氖芰Ψ较蚺c電場(chǎng)強(qiáng)度的方向相同,負(fù)電荷的受力方向與電場(chǎng)強(qiáng)度的方向相反;而安培力的方向不僅與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不同,而且與磁場(chǎng)和電流不在同一個(gè)平面內(nèi),這是本節(jié)課的難點(diǎn)。教學(xué)中通過(guò)實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)到安培力的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度和電流的方向有關(guān),同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中,用三維坐標(biāo)圖呈現(xiàn)它們的關(guān)系,通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析得出安培力的方向與磁場(chǎng)和電流所決定的平面垂直。安培力的方向一定與電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向都垂直,但電流方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向可以成任意角度;當(dāng)電流方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直時(shí),安培力最大。對(duì)此,學(xué)生常常混淆,例如,在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)誤以為安培力、電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度一定是兩兩垂直的。另外,空間想象力對(duì)本節(jié)的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。要使學(xué)生能夠看懂三維圖,認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)單物體的三視圖,需要一定量的訓(xùn)練鞏固。通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)有助于學(xué)生加深對(duì)磁場(chǎng)的物質(zhì)觀、磁場(chǎng)對(duì)電流的相互作用觀的認(rèn)識(shí)。 洛倫茲力的方向和大小是本節(jié)教材內(nèi)容的重點(diǎn),實(shí)驗(yàn)結(jié)合理論探究洛倫茲力的方向,再由安培力的表達(dá)式推導(dǎo)出洛倫茲力的表達(dá)式的過(guò)程是培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力的好機(jī)會(huì),一定要讓全體學(xué)生都參與這一過(guò)程。教材在“思考與討論”欄目中提出的邏輯線索,實(shí)質(zhì)上是為推導(dǎo)過(guò)程鋪設(shè)的臺(tái)階,教師也可以根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況靈活鋪設(shè)臺(tái)階,要讓不同層次的學(xué)生在討論中都有比較深刻的感受。課堂教學(xué)中要求學(xué)生能根據(jù)這一邏輯線索推導(dǎo)出洛倫茲力的表達(dá)式。 本節(jié)教材的內(nèi)容屬于洛倫茲力知識(shí)的應(yīng)用,教材采用了先理論分析與推導(dǎo)再實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的順序。這樣的研究過(guò)程比較符合物理學(xué)的研究思路,同時(shí)使得前面學(xué)習(xí)過(guò)的力學(xué)知識(shí)與洛倫茲力產(chǎn)生了緊密的聯(lián)系。通過(guò)力學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí),學(xué)生對(duì)物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件有了清晰的了解。對(duì)于帶電粒子垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向進(jìn)入磁場(chǎng),根據(jù)帶電粒子受到的洛倫茲力的特點(diǎn),教師可以引導(dǎo)學(xué)生分析出:①粒子的運(yùn)動(dòng)方向和洛倫茲力的方向始終處于垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度的平面內(nèi);②洛倫茲力不做功,不影響帶電粒子運(yùn)動(dòng)的速度大小。進(jìn)而得知洛倫茲力充當(dāng)向心力,并推導(dǎo)得出半徑的公式。得出理論分析的結(jié)論后,再做教材圖1.3-2的實(shí)驗(yàn),通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明帶電粒子做的是勻速圓周運(yùn)動(dòng)。讓學(xué)生在這一學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)理論與實(shí)踐相結(jié)合的研究方法有所體會(huì),并且在學(xué)習(xí)過(guò)程中體驗(yàn)到成功的喜悅。本節(jié)教材的內(nèi)容屬于帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的綜合應(yīng)用。既然電場(chǎng)、磁場(chǎng)都可以對(duì)運(yùn)動(dòng)的帶電粒子施加作用力,那么利用電場(chǎng)、磁場(chǎng)就可以控制帶電粒子的運(yùn)動(dòng)。利用電場(chǎng)讓帶電粒子獲得一定的速度,利用磁場(chǎng)讓帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)。如果帶電粒子的電荷量相同,加速電場(chǎng)的電壓相同,偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度相同,而粒子的質(zhì)量不同,那么圓周運(yùn)動(dòng)的半徑就不同。19世紀(jì)末,湯姆孫的學(xué)生阿斯頓根據(jù)這一思路設(shè)計(jì)出了質(zhì)譜儀。帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的勻速圓周運(yùn)動(dòng)的結(jié)合是一個(gè)難點(diǎn),可以讓學(xué)生嘗試自主推導(dǎo),在自主推導(dǎo)的過(guò)程中弄清楚其中各物理量的邏輯關(guān)系?;匦铀倨骼秒妶?chǎng)加速帶電粒子、磁場(chǎng)控制帶電粒子的運(yùn)動(dòng),理解其原理是學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。教學(xué)中要明確:回旋加速器中電場(chǎng)的作用是什么?磁場(chǎng)的作用又是什么?帶電粒子是怎樣被加速的?這些問(wèn)題可引導(dǎo)學(xué)生討論。通過(guò)討論既復(fù)習(xí)了前面學(xué)過(guò)的知識(shí),又搞清楚了回旋加速器的原理。單元教學(xué)重難點(diǎn)第四部分1.磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力及有關(guān)分析2. 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力及有關(guān)分析3. 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)4.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的科技應(yīng)用1. 磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力及有關(guān)分析2. 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力及有關(guān)分析3. 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)教學(xué)策略第四部分1.使學(xué)生通過(guò)安培力和洛倫茲力的學(xué)習(xí),進(jìn)一步提升物理觀念在課程標(biāo)準(zhǔn)中,物理觀念主要包括物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量三個(gè)方面。教材中安排的安培力和洛倫茲力的內(nèi)容,是學(xué)生繼續(xù)從場(chǎng)的觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)相互作用的好素材。教材在編寫(xiě)時(shí)一方面注意幫助學(xué)生準(zhǔn)確地把握概念、規(guī)律的內(nèi)涵,另一方面注重加強(qiáng)對(duì)概念、規(guī)律的靈活應(yīng)用,以便將相關(guān)核心概念與規(guī)律建立聯(lián)系,進(jìn)一步提煉和升華,形成科學(xué)的物理觀念。如在研究安培力時(shí)指出“磁場(chǎng)、安培力的問(wèn)題,在很多方面都與電場(chǎng)、庫(kù)侖力的問(wèn)題相似”。同時(shí),又指出安培力與庫(kù)侖力的區(qū)別:“研究庫(kù)侖力時(shí),受力的物體是點(diǎn)電荷,點(diǎn)電荷受力的方向與電場(chǎng)的方向相同或相反;但在研究安培力時(shí),受力的物體是通電導(dǎo)線,通電導(dǎo)線受力的方向與磁場(chǎng)的方向、電流的方向不但不在一條直線上,而且不在一個(gè)平面里?!币环矫鎺椭鷮W(xué)生建立新知與舊知的聯(lián)系,另一方面指出它們的關(guān)鍵不同。講完洛倫茲力之后,教材1.使學(xué)生通過(guò)安培力和洛倫茲力的學(xué)習(xí),進(jìn)一步提升物理觀念又不失時(shí)機(jī)地提到,通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的安培力,實(shí)際是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。另外,教材還注意在不同的地方適時(shí)進(jìn)行點(diǎn)撥和提升,幫助學(xué)生進(jìn)一步從物理觀念的角度學(xué)習(xí)處理新問(wèn)題的方法。例如,在本章開(kāi)始的名人名言中,就用了麥克斯韋的一段話,為本章的學(xué)習(xí)和研究指明路徑:“電和磁的實(shí)驗(yàn)中最明顯的現(xiàn)象是,處于彼此距離相當(dāng)遠(yuǎn)的物體之間的相互作用。因此,把這些現(xiàn)象化為科學(xué)形式的第一步就是,確定物體之間作用力的大小和方向?!痹偃?,在介紹電流的單位時(shí),不僅說(shuō)明為了紀(jì)念科學(xué)家安培,還專(zhuān)門(mén)加了一個(gè)腳注:“安培也是國(guó)際單位制的基本單位之一。真空中相距1m的兩根無(wú)限長(zhǎng)且圓截面可忽略的平行直導(dǎo)線內(nèi)通過(guò)等量恒定電流,當(dāng)兩導(dǎo)線之間產(chǎn)生的力在每米長(zhǎng)度上等于2×10-7N時(shí),每根導(dǎo)線中通過(guò)的電流就是1 A?!?.關(guān)注學(xué)生獲取知識(shí)的過(guò)程,為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供條件高中物理課程希望通過(guò)創(chuàng)設(shè)學(xué)生積極參與、樂(lè)于探究、勤于思考的學(xué)習(xí)情境,以增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)探究能力,培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。教材在呈現(xiàn)知識(shí)時(shí)關(guān)注學(xué)生獲取知識(shí)的過(guò)程,注意為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)搭建平臺(tái)。例如,在研究安培力的方向時(shí),教材沒(méi)有直接詳細(xì)說(shuō)明實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象,而是引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),分別改變磁場(chǎng)的方向、電流的方向,觀察受力的方向,最后讓學(xué)生嘗試自己歸納安培力的方向與磁場(chǎng)方向、電流方向之間的關(guān)系。再如,在研究洛倫茲力之前,教材設(shè)置了一個(gè)問(wèn)題:“我們知道,磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線有作用力;我們還知道,帶電粒子的定向移動(dòng)形成了電流。那么,磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有作用力嗎?如果有,力的方向和大小又是怎樣的2.關(guān)注學(xué)生獲取知識(shí)的過(guò)程,為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供條件呢?”引發(fā)學(xué)生的思考,為進(jìn)一步學(xué)習(xí)指明方向。另外,教材也幫助學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的過(guò)程,為自主學(xué)習(xí)提供條件,進(jìn)而讓學(xué)生通過(guò)分析、處理實(shí)驗(yàn)獲取的信息,自己總結(jié)探究的結(jié)果。在介紹洛倫茲力時(shí),教材也不是簡(jiǎn)單地陳述其推導(dǎo)過(guò)程,而是采取思考與討論的方式,適當(dāng)點(diǎn)撥,激發(fā)學(xué)生的思考,讓學(xué)生自主地得出結(jié)論。教材首先幫學(xué)生建立一個(gè)物理模型,然后給學(xué)生提出自主學(xué)習(xí)的任務(wù),并進(jìn)一步建議學(xué)生沿教材提示的邏輯線索進(jìn)行思考。這樣,教材就把向?qū)W生呈現(xiàn)知識(shí)變成引導(dǎo)學(xué)生自主地獲取知識(shí),以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。3.注重插圖的處理,重視科學(xué)方法的教育在必修第三冊(cè)中,為了定義磁感應(yīng)強(qiáng)度,在導(dǎo)線的方向與磁場(chǎng)的方向垂直的情況下,讓學(xué)生初步認(rèn)識(shí)了磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力。安培力的方向一定與電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向都垂直,但電流與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向可以成任意角度,只不過(guò)當(dāng)電流與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直時(shí),安培力最大。然而在實(shí)際問(wèn)題中,常有學(xué)生誤以為安培力、電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度一定是兩兩垂直的。要弄清安培力的方向不是一件容易的事,需要知道安培力、電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度三者方向的空間關(guān)系,要求學(xué)生能看懂三維圖,熟悉各種角度的正視圖、左視圖和俯視圖。為此,教材在插圖中有時(shí)既提供示意圖,又提供實(shí)物圖。3.注重插圖的處理,重視科學(xué)方法的教育在熟悉三維圖的基礎(chǔ)上,教材安排了一個(gè)“思考與討論”欄目:“當(dāng)通電導(dǎo)線中的電流方向與磁場(chǎng)方向既不垂直也不平行時(shí),我們應(yīng)該如何計(jì)算安培力呢?”以此激發(fā)學(xué)生思考,然后教材提醒學(xué)生運(yùn)用已經(jīng)掌握的矢量分解的方法,將磁場(chǎng)分解為與電流方向平行的分量和與電流方向垂直的分量,然后分別研究這兩個(gè)分量的作用。在學(xué)習(xí)洛倫茲力時(shí),又一次用到這種方法:“仿照上節(jié)對(duì)于安培力大小的討論可以知道,在一般情況下,當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)的方向與磁場(chǎng)的方向夾角為0時(shí),電荷所受的洛倫茲力為F=qvBsinθ.”這里實(shí)際上承襲了力學(xué)中已經(jīng)應(yīng)用多次的方法。教材希望通過(guò)這樣的編排,能幫助學(xué)生在遇到復(fù)雜問(wèn)題時(shí)掌握抓住事物本質(zhì)、化繁為簡(jiǎn)的解決思路。4.緊密聯(lián)系實(shí)際,關(guān)注科技進(jìn)步和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)課程標(biāo)準(zhǔn)指出,高中物理課程在內(nèi)容上應(yīng)注重與生產(chǎn)生活、現(xiàn)代社會(huì)及科技發(fā)展的聯(lián)系,反映當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要成果和科學(xué)思想。教材除了介紹電視顯像管的工作原理、磁電式電流表、正電子的發(fā)現(xiàn)外,還專(zhuān)設(shè)一節(jié)“質(zhì)譜儀與回旋加速器”,作為帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的知識(shí)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中廣泛應(yīng)用的實(shí)例。其中定量計(jì)算的內(nèi)容,還可以培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用力學(xué)知識(shí)和電學(xué)知識(shí)的能力。教材通過(guò)例題、問(wèn)題串等多種形式將教學(xué)內(nèi)容統(tǒng)籌安排,在緊密聯(lián)系實(shí)際中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。例如,教材在“帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)”中安排了例題,計(jì)算一個(gè)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受的重力和洛倫茲力的大小之比。由此讓學(xué)生了解,帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)4.緊密聯(lián)系實(shí)際,關(guān)注科技進(jìn)步和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)時(shí),所受的洛倫茲力遠(yuǎn)大于重力,在這種情況下,重力作用的影響可以忽略,為后續(xù)的受力分析問(wèn)題打下基礎(chǔ)。再例如,教材在第4節(jié)開(kāi)始就設(shè)計(jì)了一個(gè)問(wèn)題:“在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中,常需要將一束帶等量電荷的粒子分開(kāi),以便知道其中所含物質(zhì)的成分。利用所學(xué)的知識(shí),你能設(shè)計(jì)一個(gè)方案,以便分開(kāi)電荷量相同、質(zhì)量不同的帶電粒子嗎?”以此引導(dǎo)學(xué)生去思考,進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)。在編寫(xiě)“回旋加速器”時(shí)則安排了問(wèn)題串,如“然而產(chǎn)生過(guò)高的電壓在技術(shù)上是很困難的,于是人們就會(huì)進(jìn)一步設(shè)想,能不能采用多次(多級(jí))加速的方法呢?”“如果帶電粒子在一次加速后又轉(zhuǎn)回來(lái)被第二次加速,如此往復(fù)‘轉(zhuǎn)圈圈’式地被加速,加速器裝置所占的空間不是會(huì)大大縮小嗎?”教材希望通過(guò)這樣的問(wèn)題設(shè)計(jì),引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行深入的思考,逐一解決實(shí)踐中的問(wèn)題,以培養(yǎng)靈活運(yùn)用知識(shí)的創(chuàng)新能力。4.緊密聯(lián)系實(shí)際,關(guān)注科技進(jìn)步和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)時(shí),所受的洛倫茲力遠(yuǎn)大于重力,在這種情況下,重力作用的影響可以忽略,為后續(xù)的受力分析問(wèn)題打下基礎(chǔ)。再例如,教材在第4節(jié)開(kāi)始就設(shè)計(jì)了一個(gè)問(wèn)題:“在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中,常需要將一束帶等量電荷的粒子分開(kāi),以便知道其中所含物質(zhì)的成分。利用所學(xué)的知識(shí),你能設(shè)計(jì)一個(gè)方案,以便分開(kāi)電荷量相同、質(zhì)量不同的帶電粒子嗎?”以此引導(dǎo)學(xué)生去思考,進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)。在編寫(xiě)“回旋加速器”時(shí)則安排了問(wèn)題串,如“然而產(chǎn)生過(guò)高的電壓在技術(shù)上是很困難的,于是人們就會(huì)進(jìn)一步設(shè)想,能不能采用多次(多級(jí))加速的方法呢?”“如果帶電粒子在一次加速后又轉(zhuǎn)回來(lái)被第二次加速,如此往復(fù)‘轉(zhuǎn)圈圈’式地被加速,加速器裝置所占的空間不是會(huì)大大縮小嗎?”教材希望通過(guò)這樣的問(wèn)題設(shè)計(jì),引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行深入的思考,逐一解決實(shí)踐中的問(wèn)題,以培養(yǎng)靈活運(yùn)用知識(shí)的創(chuàng)新能力。1.磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力 1課時(shí)2.磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力 1課時(shí)3.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 1課時(shí)4.質(zhì)譜儀與回旋加速器 1課時(shí)課程結(jié)束
微信掃碼,快速注冊(cè)
注冊(cè)成功