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  3. 阅读材料，根据要求完成教学设计。 材料一《普通高中物理课程标准(实验)》关于“

阅读材料，根据要求完成教学设计。 材料一《普通高中物理课程标准(实验)》关于“

考试题库2022-08-02  49
问题 阅读材料，根据要求完成教学设计。材料一《普通高中物理课程标准(实验)》关于“洛伦兹力”的内容标准为：(1)通过实验，认为洛伦兹力．知道影响洛伦兹力方向的因素。了解电子束的磁偏转原理及其在技术中的应用。(2)观察阴极射线在磁场中的偏转。材料二某高中物理教科书“磁场对运动电荷的作用力”一节部分教学内容如下：(1)简述左手定则的内容。(2)根据上述材料，完成“实验：洛伦兹力的方向”学习内容的教学设计，其中包括：教学目标、教学重点、教学过程及设计意图(不少于300字)。
选项
答案
解析 (1)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，让磁感线从掌心穿入，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。 (2)教学设计如下：
教学目标：
①知识与技能：知道什么是洛伦兹力，会判断洛伦兹力的方向；知道洛伦兹力大小的推导过程。
②过程与方法：通过对安培力微观本质的猜测，培养联想和猜测能力；通过推导洛伦兹力的公式，培养逻辑推理能力；通过演示实验，培养观察能力。
③情感态度与价值观：经历对洛伦兹力方向及大小的科学探究过程，具有团结协作的能力，具有学习物理的兴趣。联系生活、感受自然美。
教学方法：
讲授法、实验法、讨论法。
教学过程：
一、引入：
展示美丽的极光图片．观看神奇的极光短片。
请问这些美丽的极光一般出现在什么区域(地球的南、北极地区)
极光是来自大气外的宇宙射线(即一束束高速带电粒子流)撞击大气中的粒子(氧、氮原子)，使之电离发光。从四面八方射向地球的带电粒子，只有南北两极附近的粒子可以到达地球，其余的粒子受到地球磁场的作用运动方向发生了改变，无法到达地球。
带电粒子在地球磁场的作用下运动方向为什么发生了改变
1．引导学生猜想：磁场对运动电荷有力的作用
设计思想：学生对神秘的宇宙比较向往，通过极光的图片、短片，吸引学生的注意力，激起疑问，引发思考，从而创设良好的教学情境导入课题。
2．能否用学过的知识支持我们的猜想
引导学生复习：安培力——磁场对通电导线(电流)的作用力。
电流——由电荷的定向移动形成。磁场对通电导线的安培力可能是作用在大量运动电荷上的作用力的宏观表现。
(设计意图：使学生对安培力和洛伦兹力的关系有一定的心理预期，为洛伦兹力的方向和大小的探究打下伏笔。)
3．实验验证：
(1)阴极射线管介绍：加热灯丝放出电子。电子在加速电场的作用下高速运动形成的电子流。电子轰击到“7”字形长条的荧光屏上，激发荧光．显示电子束的运动轨迹。
(2)演示：
①在没有外磁场时，电子束沿直线运动
提问：电子束的直线运动说明了什么
学生：电子不受力的作用。
②将蹄形磁铁靠近电子射线管，发现电子束的运动轨迹发生了偏转。
提问：电子束的偏转说明了什么
学生：电子受到力的作用。
(3)结论：磁场对运动电荷有力的作用，猜想成立。
磁场对运动电荷有力的作用．这个力叫作洛伦兹力。之所以叫洛伦兹力，是为了纪念荷兰物理学家洛伦兹。
洛伦兹力既然是一个力，那我们应该研究它的什么呢
学生：方向、大小。
二、洛伦兹力的方向研究
1．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
2．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。
提出猜想：洛伦兹力的方向可能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。)
引导学生总结洛伦兹力的方向的判断——左手定则的具体内容：
伸开左手，使拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线穿入手心，若四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向，若四指指向负电荷运动的反方向，那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。
(强调：四指指向负电荷运动的反方向)
三、洛伦兹力大小的探究
安培力是洛伦兹力的宏观表现．判断两者方向的方法相同，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
点拨学生：建立物理模型，注意分析问题情景的关键点。
问题情境：设有一段横截面积为S的通电导线，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，取时间t内电荷经过的长度对应的导体为研究对象(应先建立物理模型，再循序渐进有条理地推导，这一个过程可放手让学生完成，体现学习的自主性。)
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，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安=qvB)
(巡视学生推导情况并进行根据实际情况，进行个别指导点评学生的成果，并进一步引导学生分析结论)
提问：该公式F安=qvB的适用条件是什么(电荷的运动方向与磁场方向垂直)
当v//B时，F安=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，洛伦兹力的大小如何求
(设计意图：将安培力和洛伦兹力的大小关系作类比，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。)
四、课堂小结。
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