《洛伦兹力的应用—回旋加速器》教学设计

1、课堂教学设计表课程名称：洛伦兹力的应用回旋加速器 单位（学校） 梧州市第八中学 章节名称洛伦兹力的应用回旋加速器学时1依据标准课程标准： 本节介绍洛伦兹力在实际中的广泛应用，这些应用在物理科学研究中起着重要的作用。本节经历观察物理现象，根据要求初步设计实验原理的过程，并从自身的设计中发现问题,有初步提出问题的能力。要求学生通过自己的探究和分析获得知识。回旋加速器的原理是探究重点。本节(课)教学目标 （1）、知识与技能目标知道利用磁场控制带电粒子的偏转理解回旋加速器的工作原理（2）、 过程与方法目标通过分组合作学习重点内容经历设计实验原理的过程，从已有知识积累尝试初步设计（3）、 情感态度和价值

2、观目标激发学生创造性学习的热情培养学生良好的合作能力和创新能力激发学生对物理发展新动态的兴趣和对技术设计的热爱本节(课)教学内容的分析教材是在学生学习了洛伦兹力的基础上，通过对物理科学研究中常用仪器的原理分析，进一步学习洛伦兹力的应用。本课时教学内容主要是对磁场控制带电粒子的偏转，电场控制带电粒子的加速这个概念的建立，应把各种仪器中电场力、磁场力的作用分析为本节教学的重点。由于涉及的物理仪器较大型抽象，无配套实验仪器，并且概念内涵较深、外延较广，涉及边界条件、临界关系等，学生往往难以理解，所以应采用多种教学方法结合，想方设法激发学生学习的兴趣。与本节(课)相关的学生特征的分析从学生角度看，学生

3、已基本掌握洛伦兹力的相关知识，本节的探究活动采用的是提出适度开放问题，启发利用公式、设计仪器方案来解决带电粒子在电场、磁场中运动问题，充分唤醒学生已有知识，在原有基础上不断生长，诱导了学生无穷的创造力。知识点学习目标描述知识点编 号学习目标层次具 体 描 述 语 句1、理解理解运动电荷垂直进入匀强磁场时，电荷在洛仑兹力的作用下做匀速圆周运动。2、理解了解带电粒子在磁场中偏转规律在现代科学技术中的应用，了解高能物理领域中的科技发展状况。3、应用 能应用所学知识解决电场、磁场的简单的综合问题项 目内 容解 决 措 施教学重点掌握运动电荷在磁场中圆周运动的半径和周期的计算公式以及运用公式分

4、析各种实际问题。以反映学科发展新动态的大型强子对撞视频引出，提出适度开放问题，启发利用公式教学难点理解粒子在匀强磁场中的圆周运动周期大小与速度大小无关。解决回旋加速器中的交变电场频率问题，将强调这个难点学生课前需要做的准备工作课前让学生预习完成“关于带电粒子的相关问题”1：带电粒子的速度方向平行于磁场方向将做什么运动?2：带电粒子的速度方向垂直于磁场方向将做什么运动?3：推导出在Bv情况下的两个重要公式4：除磁场外，什么“场”对电荷也有力的作用，列举这种“场”对电荷作用的典型情况关于教学策略选择的阐述本节课采用学生课前预习、课堂中组成学习小组、板卡互动（EEPO模式）、探究式教学等方法相结合。

5、课堂教学过程设计思路教学环节教师的活动学生的活动设计意图、理论依据导入新课复习提问:1、什么是洛伦兹力？2、带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？下面我们通过完成标准型平台回顾关于带电粒子在匀强磁场中的运动回答：1、磁场对运动电荷的作用力2、不一定通过简单的快问快答，让学生尽快进入状态，并且引出预习内容。学习新知搭建标准型平台：预习回答：关于带电粒子的相关问题？（不计重力）向度1：电荷的速度方向平行于磁场方向将做什么运动?向度2：电荷的速度方向垂直于磁场方向将做什么运动?向度3：推导出在Bv情况下的两个重要公式向度4：除磁场外，什么“场”对电荷也有力的作用，列举这种“场”对电荷作用的典型情况以6

6、人小组为单位，至少选三个向度，顺时针交互预习情况，再总结呈现在大卡上，悬挂到教室墙边的绳子上搭建EEPO平台，设计多向度问题，让学生可以有选择权去完成自己认为可以完成的问题。组成学习小组培养学生良好的合作能力，小组成员先交互再总结增加关键知识点的强化次数。上节课已经学习洛伦兹力的知识，因此前三个问题都可以从受力分析得到答案，同时强化对两个重点公式的记忆，第四个问题是让学生复习这节课将用到的电场的相关知识。教师选择小组发言、点评该组代表到本组大卡前阐述本小组答案，其他同学倾听采用EEPO平台设计中的大卡张贴，让学生可以看到每组的答案，增加知识点的强化次数介绍洛伦兹力演示仪（1）不加磁场时，电子束

7、的径迹；（2）加垂直纸面向外的磁场时，电子束的径迹；观看，得到验证之前学生均从受力分析得到电荷运动情况教师演示，学生观察实验现象，验证自己的预测是否正确。观看课件几张图片关于“19世纪末科学家发现大量微观带电粒子”观看在自然导入洛伦兹力的在科技反面应用的同时，渗透物理学史，有助于激发学生学习物理的兴趣提出问题：我们要研究微观带电粒子，就是要研究它们的电性、速度、荷质比等，现在我们先从最简单的入手，怎么研究电性？思考引入洛伦兹力的第一个应用 牛刀小试-设计方案：设计能测定运动电荷电性的方案教师引导一：先展示图片（偏转磁场、偏转电场、加速电场）引导：人类设计不会凭空设计，都要根据已有知识设计，现在

8、元部件就这么多，怎么设计？教师引导二：设计方案不唯一教师加入学生的小组讨论之中，倾听学生的思路，适时点拨。在学生的交流过程中，教师适时提出学生设计或交流时忽略的问题，如：正负电荷在你设计的场中怎么走？你们怎样从而区分出正负点，或者不带电？以6人为小组，思考讨论，呈现在大卡上，悬挂到教室墙边的绳子上提出适度开放问题，启发利用已有知识设计方案来解决区分电性问题，充分唤醒学生已有知识，在原有基础上不断生长，诱导了学生无穷的创造力。换个角度学习知识，以前都是采用宣讲的方法，告诉学生利用偏转磁场、偏转电场可测带电粒子电性，让学生通过带电粒子的运动轨迹判断电性。本次教学换个角度处理这个问题，让学生自己设计

9、方案区分电性，开阔了学生的思路，提高了学生学习兴趣 教师选择小组发言、点评， 该组代表到本组大卡前阐述本小组设计方案，其他同学倾听学生交流的过程也是相互学习的过程，既给学生提供充分展示自己的机会，又使聆听的学生从别人的设计中得到有益的启发，使学生充分认识到合作与交流的重要性。教师总结：利用偏转磁场、偏转电场都可测带电粒子电性。 播放图片：1932年，27岁的安德森宣告人类首次发现正电子，正是利用电荷在磁场中偏转这个知识点观看、感受让学生感受到体会到伟大的发现其实并不像我们想象的深奥，提高对物理的学习兴趣提问“大家想想我们怎么去了解微观粒子内部情况？”提示：“给你们个核桃让你了解里面情况怎么办？

10、”思考、回答答案：“砸开”“打开”等类似方式用一个浅显的事物作为例子进行思考，学生基本每个人都能答出，这既指出研究粒子内部方法，也引出粒子对撞机。“你们的想法和科学家一样的！”播放新闻视频“欧洲大型强子对撞机再创能级纪录”。观看学生对于教师的这句赞赏的话反应热烈，抽象的高能物理科学在这刻变得“平易近人” 通过视频激发学生学习的热情和求知的欲望，活跃气氛、同时引出本重点内容：回旋加速器。提问：“视频中要使质子流的能量达到3.5亿ev，如何获得？”进一步引导：这次我们需要哪个元部件？（同时再次展示图片：偏转磁场、偏转电场、加速电场）思考、回答答案：加速电场在第一次方案设计的基础上，学生对这三个场作

11、用都比熟悉了，能较快的回答出问题提问：用加速电场加速质子，要使能量达到3.5万亿ev，需要多少电压？思考、回答答案：3.5万亿v这个不是本节课知识点，且问题较简单，教师直接在黑板上简单计算一下即可第二次设计方案：目前我们的技术无法让电压3.5万亿伏，怎么办？教师提出方案要求：假如现在能提供的电压为3.5V，但数量不限，设计一个给质子加速到3.5万亿eV的方案。 教师巡回指导，针对学生设计中出现的困难及时给予帮助，启发设计多次（多级）加速，解决质子加速问题以6人为小组，思考讨论，呈现在大卡上，悬挂到教室墙边的绳子上启发设计多次（多级）加速电场，解决质子加速问题，充分唤醒学生已有知识，在原有基础上

12、不断生长，诱导了学生无穷的创造力教师选择小组发言、点评该组代表到本组大卡前阐述本小组设计方案，其他同学倾听（在只利用加速电场的前提下，学生只能设计出直线加速器）学生交流的过程也是相互学习的过程，既给学生提供充分展示自己的机会，又使聆听的学生从别人的设计中得到有益的启发，使学生充分认识到合作与交流的重要性首先肯定直线加速器能实现质子加速然后提出反思：这个仪器设计中存在问题？教师引导：1、计算出需要加速电场的个数；2、分析质子在直线加速器加速过程出现的问题，从以上两个方面引导学生分析出直线加速器存在的两个不足思考、回答总结：1直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间内加速器受到限制2、一级加速和二

13、级加速之间，电场力会做负功，会减速让学生经历科学探究过程：提出要求-用已有的知识设计方案-反思不足-改进设计教师提出既然存在不足，怎么解决？自然引导出“回旋加速器”思考通过学生反思出直线加速器的不足，自然引导出改进方法-回旋加速器教师通过PPT展示介绍回旋加速器发明者、装置组成、美国等发达国家大型加速器图片等观看、记录 学生经过前面的高强度思考、设计，播放几张图片既放松一下脑袋，又体会到回旋加速器的优越性，与现今的发展播放视频“回旋加速器的原理”，在适当的地方暂停讲解，期间让学生明白以下个问题： （1）电场使粒子加速，并且在狭缝AA与AA之间，有方向不断做周期变化的电场，其作用是当粒子经过狭缝

14、时，电源恰好提供正向电压，使粒子在电场中加速。（2）磁场使粒子回旋（做圆运动），经半个圆周又回到狭缝处，再次加速。观看、记录通过动画视频更形象得讲解粒子在回旋加速器工作原理，化抽象为形象（3）引导学生处理洛伦兹力两个重要公式：1、,半径与速度的关系？2、,T与什么有关？交变电场的周期与之有什么关系吗？ 学生自己总结1、每次加速，半径不断增大2、可知粒子运动的周期与半径、速率无关，所以每隔相相同的时间（半个周期）回到狭缝处。，只要电源变化周期等于粒子运行周期，就可使粒子每到狭缝处刚好得到加速。利用已有公式在具体实例中的分析，学生可以自己做结论，加深学生对这两个重要公式的理解培养学生分析信息的能力

15、，提高学生的信息素养自主总结引导学生从知识所得（基础点，重点，难点）、能力所获（分析问题和解决问题方法）、情感体验各方面进行总结。回忆、表达自主建构 巩固练习练习：回旋加速器中磁场的磁感应强度为B，D形盒的直径为d，用该回旋加速器加速质量为m、电量为q的粒子，设粒子加速前的初速度为零。求：1、粒子的回转周期是多大？2、高频电极的周期为多大？3、粒子的最大速度最大动能各是多大？思考完成所有学生应掌握的基础题个性化教学4、如果尽量增强回旋加速器的磁场或加大D形盒半径，我们是不是就可以使带电粒子获得任意高的能量吗？思考完成为学有余力的学生练习设计教学反思1本节课的教学设计是设法让学生体会到

16、现今高能物理领域中的科技发展与高中微观粒子知识的密切联系，引出洛伦兹力的各种应用。此课的设计，强调了教学的课前、课中、课后三个环节环环相扣，在课前，让学生利用已有知识预习并完成微观粒子运动判断，课堂中通过实验来验证学生的结果。在涉及回旋加速器的学习时，由于仪器较大型抽象，无配套实验仪器，并且概念内涵较深、外延较广，在不违背新课程标准的前提下，在本节课教学过程中，对教材进行了一系列的创新，以反映学科发展新动态的大型强子对撞视频引出，提出适度开放问题，启发利用公式、学生自己设计方案来解决质子加速问题，充分唤醒学生已有知识，在原有基础上不断生长，诱导了学生无穷的创造力，再由学生反思提出自己设计的缺陷，开阔了学生的思路，让学生参与实践。这些改革有利于培养学生的兴趣，提高学生的分析问题和解决问题的能力。课后学生自主总结，有助于增进学生对物理知识的理解，进一步加强发展学生的探究