江西科技学院：《大学物理》课程教学资源（课堂设计）磁场对运动电荷的作用

《大学物理》课堂教学设计 一一磁场对运动电荷的作用 所属科目： 大学物理 设计人：■ 刻文华 所在学校：江西种技学院 所在部门：瑶湖校区理种都 联系方式： 13694883843 二0一四年十月

1 《大学物理》课堂教学设计 --磁场对运动电荷的作用 所属科目： 大学物理 设 计 人： 刘 文 华 所在学校： 江西科技学院 所在部门： 瑶湖校区理科部 联系方式： 13694883843 二 0 一四年十月

课题名称： 熊场对迹助电荷的作用 学科：大学物理(2) 2课时 新知识课 授课班级：13土木工程 设计者：刘文华（理科教学那）】 教李环境、教具： 多蝶体教室、课件、黑板，粉笔 戴学理念：坚村“教师为主学，学生为主体”，坚特“直观教学和模拟实验教学 激发学习兴趣”，整持“$TS教育渗逢于科学教有”，坚持“大平物理教学与大学物理 实脸教学相结合”等原则，实现课堂教学最优化。 一、教学内容 教学内容为江西高校出版杜出版，普通高等院校“十二五”规划教材《大学物 理学》下册（第二版），第14章第3节磁场对运动电荷的作用。该内容讲述磁场的重 要性质一磁场对运动电荷的作用。需掌握洛伦盘力公式，掌握电荷在磁场中的运动规 律，磁场对运动电荷的作用在工程中的重要应用。 该内容是教学大钢中“电酷学”模块的重要组成部分。运动电荷在磁场中受力特 点及运动规律等相关基础理论为人类现代文明的出现，新技术、新能源的诞生莫定了 基础。 二、教学目标 1.知识日标： (1)掌握洛伦越力概念和洛伦蓝力公式。 (2)掌摆磁场对运动电荷的作用规律。掌捏螺旋运动规律。 (3)了解磁场作用在工程技术中的重要应用

1 课题名称： 磁场对运动电荷的作用 学科：大学物理（2） 2 课时 新知识课 授课班级：13 土木工程 设计者：刘文华（理科教学部） 教学环境、教具： 多媒体教室、课件、黑板、粉笔 教学理念：坚持“教师为主导，学生为主体”，坚持“直观教学和模拟实验教学 激发学习兴趣”，坚持“STS 教育渗透于科学教育”，坚持“大学物理教学与大学物理 实验教学相结合”等原则，实现课堂教学最优化。 一、教学内容 教学内容为江西高校出版社出版，普通高等院校“十二五”规划教材 《大学物 理学》下册（第二版），第 14 章第 3 节磁场对运动电荷的作用。该内容讲述磁场的重 要性质--磁场对运动电荷的作用。需掌握洛伦兹力公式，掌握电荷在磁场中的运动规 律，磁场对运动电荷的作用在工程中的重要应用。 该内容是教学大纲中“电磁学”模块的重要组成部分。运动电荷在磁场中受力特 点及运动规律等相关基础理论为人类现代文明的出现，新技术、新能源的诞生奠定了 基础。 二、教学目标 1.知识目标： （1） 掌握洛伦兹力概念和洛伦兹力公式。 （2） 掌握磁场对运动电荷的作用规律。掌握螺旋运动规律。 （3） 了解磁场作用在工程技术中的重要应用

2.能力目标： (1)使学生会用洛伦兹公式处理相关间题。 (2)使学生能够右手螺旋关系判断产、P、B三者方向。 (3)培养学生对实际问圈的分析和推理能力， 3.情感目标： (1)感受物理理论与现代技术的酱切联系，体会科学的价值，激发求知欲望。 (2)学会更好地与他人合作，体会学习的快乐，增强自信。 三、知识点学习目标 知识点 学习 编号 目标 具体内容 1 理解 洛伦兹力概念和洛伦兹力公式 2 理解 匀强磁场对运动电荷的作用（下/B) 掌提 匀强磁场对运动电荷的作用（了上B】 掌提 匀强磁场对运动电荷的作用（下与B夹角为其它任意角 理解 螺旋运动《磁聚焦) 6 理解 非匀强磁场对运动电荷的作用（磁约束） 四、敦学重点和难点 教单重点 1)洛伦盘力公式： 2)电荷在磁场中作圆周运动(P⊥B)的动力学规律： 3)电荷在磁场中作螺旋运动（严与B夹角为其它任意角）动力学规律： 应对措施：展示实单图、列表对比、模拟动面、随觉练习 教单难点 磁约束现象 应对措施： 展示图片、逻翅分析、小组交流、逐个指导

2 2.能力目标： （1）使学生会用洛伦兹公式处理相关问题。 （2）使学生能够右手螺旋关系判断 F  、V  、 B  三者方向。 （3）培养学生对实际问题的分析和推理能力。 3.情感目标： （1）感受物理理论与现代技术的密切联系，体会科学的价值。激发求知欲望。 （2）学会更好地与他人合作，体会学习的快乐，增强自信 。 三、知识点学习目标 知识点 编 号 学习 目标 具体内容 1 理解 洛伦兹力概念和洛伦兹力公式 2 理解 匀强磁场对运动电荷的作用(V B / /   ) 3 掌握 匀强磁场对运动电荷的作用(V B    ) 4 掌握 匀强磁场对运动电荷的作用(V  与 B  夹角为其它任意角) 5 理解 螺旋运动（磁聚焦） 6 理解 非匀强磁场对运动电荷的作用（磁约束） 四、教学重点和难点 教学重点 1）洛伦兹力公式； 2）电荷在磁场中作圆周运动(V B    )的动力学规律； 3）电荷在磁场中作螺旋运动(V  与 B  夹角为其它任意角)动力学规律； 应对措施： 展示实验图、列表对比、 模拟动画、 随堂练习 教学难点 磁约束现象 应对措施： 展示图片、 逻辑分析、 小组交流、 逐个指导

五、敦法、学法 一、教学手授。传忧教学与多蝶休教学相结合。 用PT展示自然奇观，展示实验图，展示现代应用设备，展示表格、关系树。使 所讲授内容更立体、更直观、更生动。 二、教季方法。主要采取“启发式、讨论式、探完式、练习法、比较分新法”教 学法。 (1)启发式教学。设置情景，提出问题，激发学生的学习热情。 (2)组织讨论。在讨论中，培养发散思能力、培养总结归纳能力。 (3)练习法。讲完洛伦兹力公式后，让学生及时练习巩固，比如，布置课堂作业， 学生独立完成。讲完均强磁场对运动电荷作用后，布置课堂练习，部分学生讨论后甜 立完成，部分学生在教师指导下完成。 (4)比较分析法。比较磁场对正电查和鱼电荀的作用：比较匀强磁场和非匀所型 场对运动电荷的作用：比较磁竖焦和磁约速的异同：比较电场和磁场对电荷的作用及 相应运动规律。通过对比，融会贯通，理解透彻。 三、乎法。预习法、自我激励法、边学边练、边练边学。 大、学情分析 一版特挺： 学生学习动机明确，观察能力较强，同时具备较强的抽象思维能力：具有良好的 与他人合作交流等学习习惯：学习态度端正。“学有所用”是学生带在的愿望。 加识储备： 学生具备一定的向量运算基础，学习了匀速直线运动、匀速圆周运动的动力学规 律，学习了力的独立性原理，学习了静电场，学习了毕一萨定律，具备足够的基础知 识。知道磁感应强度、速度、磁场力等概念。了解极光、地磁场、太阳风等客观事实。 学习能力： 学生能够通过自学了解所学知识，能主动收集信息将所学知识与将来工作领域相 互渗透。具有一定的观察能力，透过现象分析本质的能力。 3

3 五、教法、学法 一、教学手段。传统教学与多媒体教学相结合。 用 PPT 展示自然奇观，展示实验图，展示现代应用设备，展示表格、关系树。使 所讲授内容更立体、更直观、更生动。 二、教学方法。主要采取“启发式、讨论式、探究式、练习法、比较分析法”教 学法。 （1）启发式教学。设置情景，提出问题，激发学生的学习热情。 （2）组织讨论。在讨论中，培养发散思能力、培养总结归纳能力。 （3）练习法。讲完洛伦兹力公式后，让学生及时练习巩固，比如，布置课堂作业， 学生独立完成。讲完均强磁场对运动电荷作用后，布置课堂练习，部分学生讨论后独 立完成，部分学生在教师指导下完成。 （4）比较分析法。比较磁场对正电荷和负电荷的作用；比较匀强磁场和非匀强磁 场对运动电荷的作用；比较磁聚焦和磁约束的异同；比较电场和磁场对电荷的作用及 相应运动规律。通过对比，融会贯通，理解透彻。 三、学法。预习法、自我激励法、边学边练、边练边学。 六、学情分析 一般特征： 学生学习动机明确，观察能力较强，同时具备较强的抽象思维能力；具有良好的 与他人合作交流等学习习惯；学习态度端正。“学有所用”是学生潜在的愿望。 知识储备： 学生具备一定的向量运算基础，学习了匀速直线运动、匀速圆周运动的动力学规 律，学习了力的独立性原理，学习了静电场，学习了毕-萨定律，具备足够的基础知 识。知道磁感应强度、速度、磁场力等概念。了解极光、地磁场、太阳风等客观事实。 学习能力： 学生能够通过自学了解所学知识，能主动收集信息将所学知识与将来工作领域相 互渗透。具有一定的观察能力，透过现象分析本质的能力

七、教学过程设计 教学 师焦话动及设计意图 环节 厘：1、认真钻研数材学习《教学大钢》把所握好教学目标 2、收集该内容与生活、工业技术相关的材料 课前 准备 3、针对教学内容和学生的实际情况撰写教案、制作好课件 生：预习学习内容 意围：培养学生的自学能力 3分钟 通：展示课件图片，激发学习兴趣。 设问：这种美景（极光）是怎样产生的？ 引入 展示白怨奇观 生：1、观察“极光”发生的地理位置（南北极更易冕）。一 2、思考“极光”的产生原因。 意田：通过自然奇观。微发学生学习热情，使学生热爱生活、热爱科学。 模块一：运动电荷在磁畅中受力 15分钟 领：保示电荷在磁场中运幼实脸图片。分甲乙两种情形。 展示实验 识点1 比较 甲：不存在城场电子沿直线运动乙：有编场时电子发生偏特

4 七、教学过程设计 教学 环节 师生活动及设计意图 课前 准备 师：1、认真钻研教材学习《教学大纲》把所握好教学目标 2、收集该内容与生活、工业技术相关的材料 3、针对教学内容和学生的实际情况撰写教案、制作好课件 生：预习学习内容 意图：培养学生的自学能力 引入 师：展示课件图片，激发学习兴趣。 设问：这种美景（极光）是怎样产生的？ 生：1、观察“极光”发生的地理位置（南北极更易见） 。 2、思考“极光”的产生原因。 意图：通过自然奇观，激发学生学习热情，使学生热爱生活、热爱科学。 模块一：运动电荷在磁场中受力 师：展示电荷在磁场中运动实验图片。分甲乙两种情形。 甲：不存在磁场电子沿直线运动 乙：有磁场时电子发生偏转 展示实验 比较 展示自然奇观 3 分钟 15 分钟 知 识 点 1

启发学生分斯实验，提出问题：为什么电子来在磁场申运动轨连会改变？ 生：分斯实验现象，思考产生原国。 意围：围片展示，生动、直观 师生：运动电荷在量场中所受的作力称为洛伦蓝力。 生：阅读教树得出洛伦弦力公式 重要结论！ 洛伦弦力公式：F=gF×豆 识 2 师生探完得出： (1)1B时，F=9mB. (2)F11B时，F-0. (3》三者方向满足右手螺藏关系。如国，当0时，F沿×B方向：当 q<0时，F沿F×B反方向。 (4)国为下⊥B,所以，P对带电柱子不微功。 生：运周洛伦弦力会式完成教村94页147题。 学生面意练习 妻国：及时掌接周洛伦兹力公式F■gP×B判断三个方向的关系。 模块二：运动电荷在雕畅中运动 30分钟 情型一：速度甲方向与磁场B方向垂直 姬：1原时，带电粒子如何速动7 生：思考后，适用动力学关系得出：上厅时，带电粒子作圆周运动。 并推导年径和周期表达式

5 启发学生分析实验，提出问题：为什么电子束在磁场中运动轨迹会改变? 生：分析实验现象，思考产生原因。 意图：图片展示，生动、直观。 师生：运动电荷在磁场中所受的作用力称为洛伦兹力。 生：阅读教材得出洛伦兹力公式 F qV B      洛伦兹力公式： 师生探究得出： （1）v B    时， F  qvB 。 （2）v B / /   时， F  0  。 （3）三者方向满足右手螺旋关系。如图，当 q>0 时， F 沿    v B 方向；当 q<0 时， F 沿    v B 反方向。 （4）因为v B    ，所以， F 对带电粒子不做功。 生：运用洛伦兹力公式完成教材 94 页 14-7 题。 意图：及时掌握用 F qV B      洛伦兹力公式 判断三个方向的关系。 模块二：运动电荷在磁场中运动 情型一：速度 v 方向与磁场 B 方向垂直 师：v B    时，带电粒子如何运动？ 生：思考后，运用动力学关系得出：v B    时，带电粒子作圆周运动。 并推导半径和周期表达式。 θ +q vB F F 学生随堂练习 重要结论！ 30 分钟 知 识 点 2

学生推导 点 B 3 意围：学生在教师稻导下完成重要关系拉平，为分析情形二相关内客铺垫， 距：q侧为带电杜予的电量与质量之比，称为背质比。R为回设半经，T为回 故恩盟。 情形二：速度”方向与甜场B方向成任意夹角 厘：在黑板上板图，如右图， 设问：逸度￥方向与磁场B方向成任意夹角日时， 带电粒子如何运动？ 生：在教师的提示下，将速度进行分解，并赖导出， VV COsH V:V SInB 师生探完得出： (1)带电粒于递度分解为两个方向，一个方向不受力，一个方向受与之色 直的洛伦蓝力。 (2)该洛伦盘力的作用下，带电杜子作匀速圆周运动，其半径=m⊥/心 知 (3)在B方向上以v。=v心os日的速度做匀速运动 点 (4)两种运动合成，带电趁子的运动轨迹是螺旋线，螺旋钱的半径为 4 Rmmrsino qB qB 重要结论！ 粒子在垂直于摊场方向运动的周期为 T=2-2m ￥gB (5)螺亚，用h泰示， h=,7=2xm, C050 意国：让学生参与教学过程，避免教师一味填鸭知识，调动学生积极性。 6

6 推导过程： 2 v F qvB m R   mv R qB  2πm T qB  意图：学生在教师指导下完成重要关系推导，为分析情形二相关内容铺垫。 师：q /m 为带电粒子的电量与质量之比，称为荷质比。R 为回旋半径，T 为回 旋周期。 情形二：速度 v 方向与磁场 B 方向成任意夹角 师：在黑板上板图，如右图， 设问：速度 v 方向与磁场 B 方向成任意夹角θ时， 带电粒子如何运动？ 生：在教师的提示下，将速度进行分解，并推导出， v∥＝v cosθ v⊥＝v sinθ 师生探究得出： （1）带电粒子速度分解为两个方向，一个方向不受力，一个方向受与之垂 直的洛伦兹力。 （2）该洛伦兹力的作用下，带电粒子作匀速圆周运动，其半径 R＝m v⊥/qB （3）在 B 方向上以 v∥＝vcosθ的速度做匀速运动 （4）两种运动合成，带电粒子的运动轨迹是螺旋线，螺旋线的半径为 mv mvsin R qB qB     粒子在垂直于磁场方向运动的周期为 2πR m 2π T v qB    （5）螺距，用 h 表示， 2π cos m h v T v qB     意图：让学生参与教学过程，避免教师一味填鸭知识，调动学生积极性。 学生推导 重要结论！ 知 识 点 3 知 识 点 4

距：运用多蝶体，播放模椒动画（带电粒子以任意角打入磁场后的运动过程， 见下困) 播放动画 生：观察带电杜子爆设运动，体验螺旋运动规律，主要感知螺亚的决定因素。 意国：让学生现察模椒实验，加深理解。 巩 模块三：课堂蛛习 20分钟 固 厘：布置深堂练习。（见96页，14-8题） 识 生：独立完成洛伦载力计算：在教师指导下计算粒子运动周别：在教师指导下 点 计算爆亚。 3 意围：及时妹习，现国洛伦弦力公式、螺晚运动等知说。 知 厘：布置球堂练习。（见课件，选解题1,2） ======= 识 学生汇报 点 生：独主完成。 意国：运用所用知识点，趁热打铁，让学生用时独立完成同类型问题。并检查 学习效果。 模块四：素例分新 25分钟 橐例1：唯透镜 厘：PPT困片展示继透镜：展示磁聚焦的物理原理图：讲投电子星微镜的概说。 重聚然：各粒子运动方向与磁场方向的先角日不同，它们在酷场中语着不洞半经的烟 识 放线前遗，世由于它们的几乎轴等，经过一个螺距h后，这岳粗于义将重新会聚在一点 5 A”。电于是微镜网高速电子来代替无来，用显连镜聚集电于来。 7

7 师：运用多媒体，播放模拟动画（带电粒子以任意角打入磁场后的运动过程， 见下图） 生：观察带电粒子螺旋运动，体验螺旋运动规律，主要感知螺距的决定因素。 意图：让学生观察模拟实验，加深理解。 模块三：课堂练习 师：布置课堂练习。（见 96 页，14-8 题） 生：独立完成洛伦兹力计算；在教师指导下计算粒子运动周期；在教师指导下 计算螺距。 意图：及时练习，巩固洛伦兹力公式、螺旋运动等知识。 师：布置课堂练习。（见课件，选择题 1.2） 生：独立完成。 意图：运用所用知识点，趁热打铁，让学生用时独立完成同类型问题。并检查 学习效果。 模块四：案例分析 案例 1：磁透镜 师：PPT 图片展示磁透镜；展示磁聚焦的物理原理图；讲授电子显微镜的概况。 磁聚焦：各粒子运动方向与磁场方向的夹角θ不同，它们在磁场中沿着不同半径的螺 旋线前进，但由于它们的 v∥几乎相等，经过一个螺距 h 后，这些粒子又将重新会聚在一点 A′。电子显微镜用高速电子束代替光束，用磁透镜聚集电子束。 20 分钟 25 分钟 播放动画 学生汇报 巩 固 知 识 点 3、 知 识 点 4 知 识 点 5

应用案例 电子显微镜 磁聚属 生：认说电子显微镜，思考电于显微镜的物理原理。 意围：理论联系实际。提高学生学习兴趣和理论联际联系实际的能力，体会科 学的价值。 聚例2：雅的秉装里（超导托卡马克） 案 师：PPT展示倔的来装置（短导托卡马克延约来城聚变验装置）田片：引导学 例 生对比分所身预磁场和非匀强磁场时运动粒子的力的差别，及适动规律差别。 2 l-i 环形健场 2室 等离于体 托卡马克《人违小太阳) 磁约束 继的果；帝电牡子通动到找圈所在的蛋地场区就会被阻指网去。回而杜于被约来在两 知 个钱圈之间的碰场内来回运动而无法遮玩，这种现象释为磁约来。 难点变破关健：1、务必把耀域晚运动半径R与罐感应强度B的关系：2 6 务必进行受力分析，判断受力方向，有反向力，导致减速，甚至反向

8 生：认识电子显微镜，思考电子显微镜的物理原理。 意图：理论联系实际。提高学生学习兴趣和理论联际联系实际的能力，体会科 学的价值。 案例 2：磁约束装置（超导托卡马克） 师：PPT 展示磁约束装置（超导托卡马克磁约束核聚变验装置）图片；引导学 生对比分析匀强磁场和非匀强磁场对运动粒子的力的差别，及运动规律差别。 磁约束：带电粒子运动到线圈所在的强磁场区就会被阻挡回去，因而粒子被约束在两 个线圈之间的磁场内来回运动而无法逃脱，这种现象称为磁约束。 难点突破关键：1、务必把握螺旋运动半径 R 与磁感应强度 B 的关系；2、 务必进行受力分析，判断受力方向，有反向力，导致减速，甚至反向。 线圈 （磁透镜） 电子显微镜 磁聚焦 应 用 案 例 1 托卡马克（人造小太阳） 磁约束 应 用 案 例 2 知 识 点 6

生：自主学习磁约来相关内客，在老师的引芋下，初步掌提托卡马克磁约来的 物理原理。 意围：提高学生白平能力，增强学习快建提取信息能力，了解碾的来的应用前 景，认识补学的价值。 策例3：光 案 例 厘：地磁场有什么特点？极光是如何产生的？ 学生汇报 3 生：思考、分析、讨论、汇报 1--八 [地球磁场是一个天然的磁约来装置：来自地球磁层或太阳的高能带电鞋 子流（太阳风）使高层大气分子浅原子激发（我电离）而产生极光。】 意国：知识巩因、前呼后应。 模峡五：惑姑 5分钟 引学学生归纳。与电场对电荷的作用进行比较，用表格展出 带电杜于在电场、磁场中运动比较表（惑姑1） PIIE %1E 与B夹角为0 总 匀强 结 电场 P=qE 匀变速直线运动 美平抛 奏针抛 民11B %18 只与B夹角为0 匀强 磁场 F=0 F=q B F=qvaBsin0 等爆距螺旋线运动 匀建率图周运动 匀速直线运动 R.m。rsnC R=T=2 9B 98 4-,7.2领m os g8 9

9 生：自主学习磁约束相关内容，在老师的引导下，初步掌握托卡马克磁约束的 物理原理。 意图：提高学生自学能力，增强学习快速提取信息能力，了解磁约束的应用前 景，认识科学的价值。 案例 3：极光 师：地磁场有什么特点？极光是如何产生的？ 生：思考、分析、讨论、汇报 [地球磁场是一个天然的磁约束装置; 来自地球磁层或太阳的高能带电粒 子流（太阳风）使高层大气分子或原子激发（或电离）而产生极光。] 意图：知识巩固、前呼后应。 模块五：总结 引导学生归纳，与电场对电荷的作用进行比较，用表格展出 带电粒子在电场、磁场中运动比较表（总结 1） 匀强 电场 0 V E / /   V E 0    V0 与 E  夹角为θ F qE    匀变速直线运动 类平抛 类斜抛 匀强 磁场 0 V B / /   V B 0    V 0  与B 夹角为θ F  0  F qv B  0 F＝qv0Bsinθ 匀速直线运动 匀速率圆周运动 mv0 R qB  2πm T qB  等螺距螺旋线运动 mv mvsin R qB qB     2π cos m h v T v qB     学生汇报 5 分钟 总 结 案 例 3