高中物理《带电粒子在匀强磁场中的运动(4)》优质课教案、教学设计

《带电粒子在匀强磁场中的运动》教学设计

一、教学任务分析

带电粒子在匀强磁场中的运动是洛伦兹力的应用，洛伦兹力是物理学电磁部分的重要基石，在实际生产生活和科技发展方面都发挥着极其重要的作用。

《普通高中物理课程标准（实验）》（以下简称《课程标准》）对带电粒子在匀强磁场中运动这节知识没有明确的要求，但《课程标准》对洛伦兹力的知识有较高要求即通过实验认识洛伦兹力，会判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小，了解电子束的偏转原理以及在科学技术中的应用。带电粒子在匀强磁场中的运动是洛伦兹力的应用，本节的学习有助于学生进一步理解洛伦兹力的知识，并学会用洛伦兹力的知识解决实际问题，了解质谱仪的应用。对于实现课程标准对洛伦兹力的要求具有重要的作用。

本节选自人民教育出版社2014 年出版的《普通高中课程标准实验教科书物理选修3-1》第三章《磁场》的第六节，教材首先介绍洛伦兹力演示仪并用洛伦兹力演示仪观察运动电子在磁场中的偏转，然后通过理论推导得出沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的结论，在此基

础上逻辑推导出粒子的速度和磁场的强弱对圆半径的影响，最后由例题引入并介绍带电粒子在匀强磁场中的应用质谱仪，体现了从感性认识上升到理性认识，最后再回到实践的过程。

二、学情分析

学生已经学习过匀速圆周运动和向心力等曲线运动的知识和洛伦兹力的概念特点以及电场对粒子的加速等相关内容并且可以较为熟练地运用牛顿第二定律和动能定理，这些都为本节课的学习奠定了知识基础。

带电粒子在匀强磁场中运动规律和质谱仪原理的学习过程中要求分析粒子的受力和运动情况，并理论推导带电粒子的轨道半径和运动周期，需要学生具有较强的逻辑推理能力，但该阶段学生抽象思维能力有一定的欠缺，要想抽象出粒子垂直进入匀强磁场的运动轨迹有一定难度，因此在学生推导过程中，教师要做好铺垫和引导。

学生对物理知识在科技发展中的应用有较强的兴趣，但学生在日常生活中对带电粒子在匀强磁场中的运动接触较少缺乏感性经验，因此教师要在讲解过程中理论结合实验以及形象的动画和视频，使学生较快地理解和掌握。

三、教学目标

1.知识与技能

（1）会分析带电粒子在磁场中的受力和运动情况，理解带电粒子的初速度方向与磁场的方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动；

（2）会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期公式，并会用它们解决相关的物理问题；

（3）了解质谱仪的原理和在科学技术中的应用，并能运用其原理解决相关的物理问题。

2.过程与方法

（1）体会带电粒子在匀强磁场中运动规律的推导过程，提高逻辑推理能力；（2）观察演示实验，培养科学探究能力和观察能力，体会实验是物理学的基本研究方法；

（3）分析质谱仪的原理和应用，体会知识应用于实践的过程。

3.情感态度与价值观

（1）学习带电粒子在匀强磁场中运动规律，养成勤于思考的习惯和严密的科学态度；

（2）学习质谱仪，激发学生对高新科技的兴趣和欲望，体会物理研究最终是应用于实践，高新科技的发展有赖于物理学的发展。

四、教学重点和难点

重点：推导并分析带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期公式；难点：带电粒子进入匀强磁场中的受力分析和运动分析以及质谱仪原理的理解和应用。

五、教学方法

建构主义认为，学习是主体以已有的经验为基础，通过与外界的相互作用而主动建构新的理解、新的心理表征的过程。建构主义强调教学不是通过教师向学生单向传递知识就可以完成的，而是学习者在一定的情境下，借助于其他人（包括教师和同学）的帮助，利用必要的教学资料，通过意义建构的方式而获得的。本节从学生原有的对洛伦兹力的概念特点和匀速圆周运动以及向心力的知识出发，在新的教学情境中，通过教师的逐步引导，帮助学生完成带电粒子在匀强磁场中运动的知识的建构。

为更好的完成新知识的建构，我们将采用实验、探究、讲授、讨论等多种方

法。本节课中教师通过演示实验展现带电粒子在磁场中的运动径迹，学生观察实验并从实验中发现新的问题进而解决问题。带电粒子在匀强磁场中运动规律的推导以及质谱仪的学习，主要采用教师引导学生讨论探究相结合的方式。

整个教学过程体现了注重科学探究，化抽象为具体，倡导教学方式多样化的理念，突出以学生为主体，教师为主导的原则与要求。

六、教学媒体设计

洛伦兹力演示仪

七、教学过程设计

（一）创设情境，引入新课

【活动1】教师首先带领学生观看震撼人心的极光的视频，并简单介绍极光的出现是因为带电粒子在磁场中的偏转。

教师提出问题：带电粒子在磁场中为什么会形成这样美丽的径迹，带电粒子在磁场中的运动到底遵循什么规律呢？从而引入带电粒子在匀强磁场中运动的新课。

【教学设计说明】由极光的视频，创设新的情境，提出新的问题，激发学生兴趣和求知欲望，提高学生的学习热情。

（二）新课教学

1.带电粒子在匀强磁场中的运动

【演示实验1】介绍洛伦兹力演示仪的结构及其原理，用洛伦兹力演示仪分别观察在无磁场和磁场方向与电子入射速度垂直时电子的运动径迹。

学生观察发现，沿着与磁场垂直的方向射入磁场的电子在匀强磁场中的运动径迹是一个圆。

【活动2】教师引导学生探究垂直射入匀强磁场的电子为什么做圆周运动，是匀速圆周运动还是变速圆周运动。

对于这部分的分析，学生可能会遇到一定的困难，教师需做如下引导：

①教师提问：电子进入磁场时受什么力？将做什么性质的运动？分析后学生可得出电子受洛伦兹力运动轨迹为曲线；

②教师提问：下一时刻电子速度沿什么方向？这时电子受力情况是什么样的？分析后可得电子速度沿切线方向，电子受与速度方向垂直的洛伦兹力的作用；

③教师提问：在这个过程中洛伦兹力有什么作用效果？学生分析后可得在此过程中洛伦兹力方向始终与速度方向垂直，洛伦兹力只改变速度的方向不改变速度的大小。

教师总结进一步推广得出，沿着与磁场垂直的方向射入磁场的电子，将会受到一个大小不变、方向始终与其速度垂直的洛伦兹力的作用，电子做匀速圆周运动，向心力由洛伦兹力提供。

【教学设计说明】由实验现象引发学生思考，学生已经理解了洛伦兹力的