2024-2025学年新教材高中物理 第1章 安培力与洛伦兹力 3 带电粒子在匀强磁场中的运动教案 新人教版选择性必修第二册

2024-2025学年新教材高中物理第1章安培力与洛伦兹力3带电粒子在匀强磁场中的运动教案新人教版选择性必修第二册课题：科目：班级：课时：计划1课时教师：单位：一、教学内容2024-2025学年新教材高中物理第1章“安培力与洛伦兹力”中的3节“带电粒子在匀强磁场中的运动”，新人教版选择性必修第二册。本节内容主要包括：洛伦兹力的定义与公式，带电粒子在匀强磁场中运动的轨迹特点，左手定则的应用，以及带电粒子在磁场中运动时所受到的力的计算方法。通过对本节内容的学习，使学生能够掌握洛伦兹力对带电粒子运动的影响，了解磁场中带电粒子的运动规律，并能运用左手定则解决实际问题。教学内容紧密围绕教材，注重培养学生分析问题和解决问题的能力。二、核心素养目标分析本节内容旨在深化学生物理核心素养，具体目标如下：培养学生运用物理知识解释自然现象的能力，特别是在电磁学领域，通过探究带电粒子在匀强磁场中的运动，强化学生对洛伦兹力概念的理解，提高其科学推理和模型构建的能力。在探究过程中，注重发展学生以下几方面的核心素养：

1.科学思维能力：通过分析洛伦兹力的方向和大小，培养学生逻辑推理和批判性思维，使其能够从实验现象中抽象出物理规律，形成科学的认识。

2.实践创新能力：结合左手定则的应用，指导学生进行实验设计和数据分析，激发学生动手实践的兴趣，提高其解决实际问题的能力。

3.科学探究能力：鼓励学生运用所学知识，对带电粒子在磁场中运动的轨迹进行预测和验证，培养学生科学探究的方法和严谨的科学态度。

4.沟通与合作能力：在小组讨论和实验过程中，培养学生与他人沟通协作的能力，共同分析问题、解决问题。三、学情分析本节课程面向的是高中年级学生，他们在知识、能力、素质等方面具有一定的特点和基础。以下从这几个方面进行具体分析：

1.学生层次分析：

（1）知识层次：学生在之前的学习中，已经掌握了电磁学基础知识，如电荷、电场、磁场等概念，以及相关的物理定律。这为本节内容的学习提供了必要的基础。

（2）能力层次：学生在逻辑推理、数学运算和问题分析方面具有一定的能力，但部分学生在将这些能力应用于具体物理问题时，可能存在一定的困难。

（3）素质层次：学生在团队合作、表达沟通、自主学习等方面有不同程度的体现，这些素质对课程学习具有重要影响。

2.知识方面：

（1）学生对洛伦兹力的概念和左手定则已有初步了解，但可能在实际应用中容易出现混淆和错误。

（2）学生在分析带电粒子在匀强磁场中运动时，对轨迹特点的掌握可能不够深入，需要通过实例和练习来加强。

3.能力方面：

（1）学生在解决物理问题时，可能存在以下不足：不能熟练运用物理公式，对问题分析不够全面，解题思路不够清晰。

（2）学生在实验操作和数据分析方面，可能缺乏一定的熟练程度和严谨性。

4.素质方面：

（1）学生在团队合作中，沟通协作能力有待提高，可能导致小组讨论效果不佳。

（2）学生的自主学习能力存在差异，部分学生对课程学习缺乏主动性和积极性。

5.行为习惯方面：

（1）学生在课堂上的注意力可能不够集中，影响学习效果。

（2）部分学生存在拖延现象，导致作业和复习不及时，影响知识巩固。

6.对课程学习的影响：

（1）知识方面的不足和能力的局限，可能导致学生在学习本节内容时，难以深入理解和掌握洛伦兹力的应用和带电粒子在磁场中的运动规律。

（2）素质方面的差异，可能影响学生在团队合作、实验操作等方面的表现，从而影响学习效果。

（3）行为习惯方面的问题，可能使学生在学习过程中，难以保持持续的专注和投入，进而影响学习成果。四、教学方法与策略为了达成教学目标并适应学生的学习特点，本节课程将采用以下教学方法和策略：

1.教学方法：

（1）讲授法：教师通过生动的语言和形象的比喻，对洛伦兹力的概念、左手定则及其应用进行讲解，帮助学生建立清晰的知识框架。

（2）讨论法：针对带电粒子在匀强磁场中运动的规律，组织学生进行小组讨论，引导学生主动思考，提高学生的逻辑推理和批判性思维能力。

（3）案例研究：通过分析具体的实验现象和问题，让学生深入了解洛伦兹力对带电粒子运动的影响，培养学生分析问题和解决问题的能力。

（4）项目导向学习：将学生分成小组，针对特定的研究课题，如带电粒子在磁场中的运动轨迹、洛伦兹力大小与方向的关系等，进行项目研究，激发学生的探究兴趣。

2.教学活动：

（1）角色扮演：让学生扮演科学家，进行实验设计和数据分析，培养学生的实践创新能力。

（2）实验：组织学生进行带电粒子在磁场中运动的实验，让学生亲身体验洛伦兹力的作用，提高学生对物理现象的感知。

（3）游戏：设计相关的物理游戏，如模拟带电粒子在磁场中的运动，让学生在轻松愉快的氛围中掌握知识。

3.教学媒体和资源：

（1）PPT：制作精美的PPT课件，展示洛伦兹力的概念、公式、左手定则等内容，方便学生理解和记忆。

（2）视频：播放相关的物理实验视频，让学生更直观地观察带电粒子在磁场中的运动现象。

（3）在线工具：利用网络资源，如物理仿真软件、在线实验平台等，帮助学生进行实验设计和数据分析。

（4）教学资源：提供丰富的学习资料，如学术论文、科普文章等，拓宽学生的知识视野。五、教学过程设计1.导入新课（5分钟）

目标：引起学生对带电粒子在匀强磁场中运动的兴趣，激发其探索欲望。

过程：

开场提问：“你们知道带电粒子在磁场中是如何运动的吗？这种现象在我们的生活中有哪些应用？”

展示一些关于带电粒子在磁场中运动的图片或视频片段，让学生初步感受磁场对带电粒子运动的影响。

简短介绍洛伦兹力的基本概念和重要性，为接下来的学习打下基础。

2.基础知识讲解（10分钟）

目标：让学生了解洛伦兹力的基本概念、组成部分和原理。

过程：

讲解洛伦兹力的定义，包括其公式和左手定则。

详细介绍洛伦兹力的产生原因和作用效果，使用图表或示意图帮助学生理解。

通过实例或案例，让学生更好地理解洛伦兹力在带电粒子运动中的应用。

3.案例分析（20分钟）

目标：通过具体案例，让学生深入了解带电粒子在匀强磁场中运动的特性和重要性。

过程：

选择几个典型的带电粒子在磁场中运动的案例进行分析。

详细介绍每个案例的背景、运动轨迹特点和实际意义，让学生全面了解洛伦兹力的作用。

引导学生思考这些案例对实际生活或学习的影响，以及如何应用洛伦兹力解决实际问题。

小组讨论：让学生分组讨论带电粒子在磁场中运动的未来研究方向，并提出创新性的想法或建议。

4.学生小组讨论（10分钟）

目标：培养学生的合作能力和解决问题的能力。

过程：

将学生分成若干小组，每组选择一个与带电粒子在磁场中运动相关的主题进行深入讨论。

小组内讨论该主题的现状、挑战以及可能的解决方案。

每组选出一名代表，准备向全班展示讨论成果。

5.课堂展示与点评（15分钟）

目标：锻炼学生的表达能力，同时加深全班对带电粒子在匀强磁场中运动的认识和理解。

过程：

各组代表依次上台展示讨论成果，包括主题的现状、挑战及解决方案。

其他学生和教师对展示内容进行提问和点评，促进互动交流。

教师总结各组的亮点和不足，并提出进一步的建议和改进方向。

6.课堂小结（5分钟）

目标：回顾本节课的主要内容，强调洛伦兹力的重要性和意义。

过程：

简要回顾本节课的学习内容，包括洛伦兹力的基本概念、案例分析和小组讨论等。

强调洛伦兹力在现实生活或学习中的价值和作用，鼓励学生进一步探索和应用洛伦兹力。

布置课后作业：让学生撰写一篇关于带电粒子在匀强磁场中运动的短文或报告，以巩固学习效果。六、教学资源拓展1.拓展资源：

（1）相关学术论文：引导学生阅读与带电粒子在匀强磁场中运动相关的学术论文，深入了解洛伦兹力的研究现状和发展趋势。

（2）科普书籍：推荐学生阅读电磁学方面的科普书籍，如《电磁学趣谈》等，了解电磁学在生活中的应用。

（3）物理实验视频：观看其他带电粒子在磁场中运动的实验视频，比较不同实验条件下运动轨迹的异同，拓展学生对洛伦兹力的认识。

（4）科技新闻：关注与电磁学相关的科技新闻，了解电磁学在科技发展中的重要作用。

2.拓展建议：

（1）研究洛伦兹力的历史发展：了解洛伦兹力的发现过程，了解科学家们如何逐步揭示这一物理规律，培养学生的科学精神。

（2）探索电磁学在日常生活中的应用：鼓励学生观察生活中与电磁学相关的现象，如电磁炉、磁悬浮列车等，提高学生将理论知识应用于实际的能力。

（3）进行物理实验设计：鼓励学生尝试设计新的物理实验，探究不同条件下带电粒子在磁场中的运动规律，培养学生的实践创新能力。

（4）开展小组研究项目：组织学生开展与电磁学相关的小组研究项目，如探讨电磁场对生物体的影响等，提高学生的合作研究能力。

（5）参加科技竞赛：鼓励学生参加物理知识竞赛、科技创新大赛等，将所学知识运用到竞赛中，提升学生的综合素质。七、板书设计1.教学内容概述：

-洛伦兹力的定义与公式

-带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹特点

-左手定则的应用

-带电粒子在磁场中受力计算

2.重点知识梳理：

-洛伦兹力公式：F=q(v×B)

-左手定则：确定洛伦兹力方向

-运动轨迹：圆、螺旋、直线等

3.案例分析：

-洛伦兹力对带电粒子运动的影响

-实际应用：粒子加速器、磁悬浮列车等

4.小组讨论主题：

-带电粒子在磁场中运动的未来研究方向

-创新性想法或建议

5.课堂小结：

-洛伦兹力的重要性和意义

-课后作业：撰写关于带电粒子在磁场中运动的短文或报告

板书设计应突出重点，简洁明了，同时注重艺术性和趣味性，以激发学生的学习兴趣和主动性。八、典型例题讲解八、典型例题讲解

例题1：一个带正电的粒子以速度v垂直进入一个匀强磁场中，磁感应强度为B。求粒子在磁场中运动的半径。

解答：根据洛伦兹力公式F=q(v×B)，粒子受到的洛伦兹力F将垂直于粒子的速度v和磁场B。由于粒子垂直进入磁场，所以v×B的方向垂直于v。因此，洛伦兹力F将提供向心力，使粒子做圆周运动。

根据向心力公式F=mv^2/r，我们可以得到mv^2/r=qvB，从而得到粒子运动的半径r=mv/(qB)。

例题2：一个带负电的粒子以速度v斜进入一个匀强磁场中，磁感应强度为B。求粒子在磁场中运动的轨迹。

解答：由于粒子斜进入磁场，其速度v可以分解为垂直于磁场B的分速度v_perp和平行于磁场B的分速度v_par。根据洛伦兹力公式，只有垂直于磁场B的分速度v_perp会受到洛伦兹力的作用，而平行于磁场B的分速度v_par不受洛伦兹力的影响。

因此，粒子在垂直于磁场B的方向上做圆周运动，而在平行于磁场B的方向上做匀速直线运动。所以，粒子的轨迹是一个螺旋线。

例题3：一个带电粒子在匀强磁场中以速度v运动，磁感应强度为B。求粒子在磁场中运动的周期T。

解答：粒子在磁场中做圆周运动，其周期T与圆周的长度L和粒子的速度v有关。圆周的长度L=2πr，其中r=mv/(qB)。

因此，周期T=L/v=2πr/v=2π(mv/(qB))/v=2πm/(qB)。

例题4：一个带电粒子在匀强磁场中以速度v运动，磁感应强度为B。求粒子在磁场中运动的角速度ω。

解答：角速度ω定义为单位时间内粒子绕圆周运动的弧度。因此，ω=v/r，其中r=mv/(qB)。

所以，ω=v/(mv/(qB))=qB/m。

例题5：一个带电粒子在匀强磁场中以速度v运动，磁感应强度为B。求粒子在磁场中运动的加速度a。

解答：由于粒子在磁场中做圆周运动，其加速度a是向心加速度，指向圆心。因此，a=v^2/r，其中r=mv/(qB)。

所以，a=v^2/(mv/(qB))=v(qB)/(mv)=qB/m。

这些例题覆盖了带电粒子在匀强磁场中运动的几个重要方面，包括圆周运动的半径、轨迹、周期、角速度和加速度。通过对这些例题的讲解和解答，学生可以更好地理解带电粒子在磁场中的运动规律。反思改进措施反思改进措施（一）教学特色创新

1.项目导向学习：通过组织学生进行项目研究，如带电粒子在磁场中运动的未来研究方向，激发学生的探究兴趣，培养学生的实践创新能力。

2.小组讨论与展示：组织学生进行小组讨论，让他们合作探讨带电粒子在磁场中运动的规律，并选出代表进行课堂展示，提高学生的合作能力和表达能力。

反思改进措施（二）存在主要问题

1.学生自主学习能力不足：在课程学习中，发现部分学生对课程内容缺乏主动探索的积极性，自主学习能力有待提高。

2.学生合作能力需加强：在小组讨论过程中，发现部分学生在团队合作方面存在一定的困难，需要进一步加强合作能力的培养。

反思改进措施（三）改进措施

1.增加自主学习环节：在课程中设置自主学习环节，让学生在教师的指导下，自主探究带电粒子在磁场中运动的规律，培养学生的自主学习能力。

2.加强合作能力培养：在小组讨论活动中，教师可以提供更多合作学习的策略和技巧，帮助学生提高团队协作能力。

3.优化教学评价方式：在课程评价中，除了传统的考试成绩，还可以增加对学生团队协作、实验操作、课堂展示等方面的评价，以更全面地评估学生的学习成果。作业布置与反馈1.作业布置：

-课后作业1：计算一个带正电粒子在匀强磁场中运动的半径，已知粒子的电荷量、速度和磁感应强度。

-课后作业2：分析一个带负电粒子在匀强磁场中运动的轨迹，已知粒子的电荷量、速度和磁感应强度。

-课后作业3：推导带电粒子在匀强磁场中运动的周期公式，已知粒子的电荷量、速度和磁感应强度。