洛伦兹力的应用+作业设计方案 高二下学期物理教科版（2019）选择性必修第二册

《洛伦兹力的应用》作业设计方案一、作业设计的目标洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力，这部分知识比较抽象但非常重要。作业设计的主要目标首先是让学生理解洛伦兹力的概念、大小、方向等基础知识，并且能够熟练运用公式进行计算。其次呢，要让学生通过作业深入理解洛伦兹力在实际生活中的各种应用，像回旋加速器、质谱仪这些仪器的原理。最后，希望能培养学生的科学思维能力，让他们学会从物理原理去分析和解决实际问题。就拿我之前教过的一个班级来说吧，有个叫小刚的学生，他对物理实验特别感兴趣。每次上物理实验课的时候，他都特别积极，眼睛里总是闪烁着好奇的光芒。在学习洛伦兹力这部分知识之前，他就老问我一些关于磁场和电荷的问题，比如“磁场是不是到处都有啊”“电荷为啥会受到力的作用呢”。但是当真正开始学习洛伦兹力的时候，他就有点懵了，尤其是在理解洛伦兹力方向的判断和公式的运用上。所以啊，这部分作业要是设计得好，就能让像小刚这样的学生对洛伦兹力有更透彻的理解。二、作业类型与内容1、基础型作业（1）概念巩固让学生用自己的话描述洛伦兹力的定义，不少于50个字。比如说，洛伦兹力就是磁场对运动电荷的作用力，这个力和电荷的电量、运动速度、磁场的磁感应强度都有关系呢。在描述的时候，要把这些关键要素都包含进去。填空：洛伦兹力的大小公式为F＝（），其中q表示（），v表示（），B表示（）。这可以帮助学生牢记洛伦兹力大小的计算公式以及公式中每个字母所代表的物理量。（2）方向判断给出一些简单的情景，让学生判断洛伦兹力的方向。例如，一个正电荷以速度v垂直进入磁场B中，让学生用左手定则判断洛伦兹力的方向。并且要详细写出判断的步骤，就像先伸出左手，让磁感线垂直穿过手心，四指指向正电荷运动的方向，那么大拇指所指的方向就是洛伦兹力的方向。选择题：下面关于洛伦兹力方向判断正确的是（）。A选项是按照错误的方法判断的，B选项是在特殊情况下的错误判断，C选项是正确的判断方法，D选项是混淆了洛伦兹力和安培力方向判断的情况。通过这样的选择题，可以让学生在对比中更好地掌握洛伦兹力方向判断的正确方法。2、拓展型作业（1）公式应用计算题：一个电子以速度v＝3×10⁶m/s垂直进入磁感应强度为B＝0.5T的匀强磁场中，求电子所受到的洛伦兹力的大小。在解题过程中，要求学生写出已知条件、所用公式、代入数据的过程以及最后的答案。这样可以培养学生严谨的解题习惯。简答题：如果一个带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，请推导其运动半径r和周期T的公式。这就需要学生对洛伦兹力和向心力的知识有很好的整合能力，并且能够进行公式推导。（2）实际案例分析让学生分析回旋加速器的工作原理。要求画出简单的原理图，并且在图上标注出洛伦兹力在其中的作用。比如，在回旋加速器中，带电粒子在磁场中受到洛伦兹力的作用做圆周运动，通过电场不断加速。学生要能够把这个过程详细地描述出来。讲述质谱仪是如何利用洛伦兹力来测定粒子的质量的。学生要从粒子在磁场中的运动轨迹、洛伦兹力与其他力的关系等方面进行阐述。3、探究型作业（1）实验设计假设给学生提供一些基本的实验器材，如磁铁、带电粒子源、可调节电场的装置等，让学生设计一个简单的实验来验证洛伦兹力的存在和方向。要求写出实验步骤、预期的实验现象以及如何根据现象得出结论。小刚对这个作业就特别上心，他设计的实验步骤特别详细。他先把带电粒子源固定好，然后调整磁铁的位置，让磁场方向垂直于粒子的运动方向。他预期的实验现象是带电粒子会发生偏转，并且根据粒子偏转的方向就可以用左手定则验证洛伦兹力的方向。（2）科技小论文让学生查阅资料，写一篇关于洛伦兹力在现代科技中的新应用的科技小论文。字数要求不少于800字。学生需要去搜索洛伦兹力在像磁流体发电、电子显微镜等新科技中的应用，然后进行整理和分析，阐述其原理和重要性。三、作业难度分层1、对于学习能力较弱的学生重点完成基础型作业。在概念巩固作业中，如果描述洛伦兹力定义有困难，可以先从课本上找一些关键句子进行组合。在方向判断作业中，多做一些简单的例题，并且老师可以给予一对一的指导，比如针对左手定则的使用，手把手地教他们如何摆放手指。在做基础型的选择题和填空题时，可以允许他们多参考课本知识点。2、对于中等学习能力的学生在完成基础型作业的基础上，要认真做好拓展型作业。在公式应用的计算题中，要求计算准确无误，并且能够对计算结果进行简单的分析。在简答题的公式推导中，要步骤完整、逻辑清晰。在实际案例分析作业中，能够准确地画出原理图，并且对原理的阐述要条理清楚。3、对于学习能力较强的学生要高质量地完成基础型和拓展型作业，并且在探究型作业中有更深入的探索。在实验设计作业中，除了完成基本的要求外，还可以对实验进行改进，比如如何提高实验的准确性，如何减少外界因素的干扰等。在科技小论文作业中，要求论文内容丰富、有自己的观点，并且能够对洛伦兹力在未来科技发展中的应用进行一定的展望。四、作业评价方式1、教师评价（1）对于基础型作业，在概念巩固方面，主要看学生对洛伦兹力定义的描述是否准确全面。如果描述完整且有条理，就给予表扬，比如写个“定义描述得很准确，不错！”对于填空作业，检查答案是否正确，如果全对就打个勾，有错误的话就圈出来让学生改正。在方向判断作业中，查看学生判断的结果是否正确，以及判断步骤是否详细准确。如果步骤完整且结果正确，就在旁边画个小五角星。（2）对于拓展型作业，在公式应用的计算题中，检查计算过程是否准确，答案是否正确，单位是否正确。如果计算过程清晰、答案准确、单位无误，就给予较高的分数。在简答题的公式推导中，看推导的逻辑是否严谨，步骤是否完整。如果推导过程完美，就写上“推导很精彩！”在实际案例分析作业中，评价原理图是否正确，原理阐述是否清晰准确。如果原理图准确且阐述清楚，就给予肯定的评语，像“对回旋加速器原理分析得很到位！”（3）对于探究型作业，在实验设计作业中，评价实验步骤是否合理可行，预期现象是否合理，结论是否正确。如果实验设计很有创意，就特别表扬，比如“这个实验设计很独特，非常棒！”在科技小论文作业中，评价论文的内容是否丰富，资料是否准确，观点是否新颖。如果论文质量高，就给予优秀的等级。2、学生自评引导学生对自己的作业进行自我评价。在完成基础型作业后，让学生自己检查概念的描述是否准确，填空答案是否正确，方向判断是否有误。在拓展型作业中，学生自己思考公式应用是否熟练，简答题的推导是否有漏洞，实际案例分析是否全面。在探究型作业中，自己评估实验设计是否可行，科技小论文是否达到自己的预期。3、学生互评组织学生进行作业互评。让学生交换作业，互相评价。在互评的基础上型作业时，互相学习对方对概念的理解和表述方式。在拓展型作业中，学习别人公式推导的思路和实际案例分析的角度。在探究型作业中，互相交流实验设计的创意和科技小论文的写作经验。通过这样的作业设计方案，希望能够让学生在学习洛伦兹力的应用这部分知识的时候，不仅掌握了知识，还能提高各种能力，就像小刚一样，从最初的困惑到后来能够设计出合理的实验，对洛伦兹力有了更深入的理解，在课堂上也更加积极主动地回答问题，带动了整个班级的学习氛围呢。1、书面作业的细化（1）基础型书面作业概念巩固书面作业：洛伦兹力定义描述要求学生不能简单地照抄课本，要对课本中的定义进行理解和加工。例如，要从洛伦兹力与磁场、运动电荷之间的关系入手，描述洛伦兹力是如何产生的，它与电荷的运动状态以及磁场的特性有怎样的关联。在描述过程中，学生如果能够举一些简单的例子，如电子在磁场中的运动受到洛伦兹力，就更好了。对于填空作业，除了填写正确的公式和物理量外，还可以让学生简要说明每个物理量的单位以及它们之间的数量关系。方向判断书面作业：在给出情景让学生判断洛伦兹力方向时，可以增加一些复杂一点的情景，比如电荷的运动方向与磁场方向成一定角度（非垂直情况），这就需要学生先将速度分解，然后再根据左手定则判断洛伦兹力的方向。在写判断步骤的时候，要求学生详细解释每一步的依据，比如为什么要将速度分解，分解后的速度分量在判断洛伦兹力方向时起到了什么作用。选择题的设计也可以更加多样化，除了直接考查方向判断的正误外，还可以考查在不同坐标系下洛伦兹力方向的表示，或者是在多个电荷同时存在时洛伦兹力的合成方向判断。（2）拓展型书面作业公式应用书面作业：在计算题中，除了常规的已知速度、磁感应强度和电荷量求洛伦兹力大小外，还可以增加一些条件，如粒子在磁场中运动一段时间后改变了运动方向，然后再求洛伦兹力大小。这就要求学生要根据新的运动方向重新确定洛伦兹力的大小。在解题过程中，要求学生对每一步的计算进行解释，为什么要这样计算，依据是什么。简答题的公式推导要求学生不仅要推导出运动半径r和周期T的公式，还要对推导过程中的每一个等式进行物理意义的解释。例如，在推导r＝mv／qB时，要解释mv是粒子的动量，为什么洛伦兹力提供向心力时可以得到这个等式，以及这个等式在实际物理情景中的意义。实际案例分析书面作业：在分析回旋加速器的工作原理时，除了画出原理图和标注洛伦兹力的作用外，还要求学生分析回旋加速器的能量限制因素，以及如何通过改进设计来提高粒子的能量。在讲述质谱仪测定粒子质量的原理时，让学生推导根据粒子在磁场中的运动轨迹计算粒子质量的公式，并分析在实际操作中可能影响测量精度的因素。（3）探究型书面作业实验设计书面作业：在要求学生设计验证洛伦兹力存在和方向的实验时，可以让学生详细分析实验中可能存在的误差来源，并提出减小误差的方法。例如，在使用可调节电场的装置时，电场的不均匀性可能会对实验结果产生影响，学生要分析这种影响的大小以及如何通过改进装置或者实验方法来减小这种影响。同时，要求学生对实验结果进行误差分析，给出实验结果的不确定度范围。科技小论文书面作业：在写关于洛伦兹力在现代科技中的新应用的科技小论文时，要求学生按照科学论文的格式进行撰写，包括摘要、引言、正文、结论和参考文献。在正文部分，要对洛伦兹力的新应用进行详细的原理分析，并且与传统的应用进行对比，分析其优势和不足。在结论部分，要对洛伦兹力在现代科技发展中的地位和前景进行展望。同时，要求学生对参考文献的引用要规范，不能随意抄袭。2、口头作业的设计（1）基础型口头作业让学生互相提问洛伦兹力的概念和方向判断方法。例如，一个学生问另一个学生：“一个负电荷以斜向上的速度进入水平向右的磁场中，洛伦兹力的方向怎么判断？”被提问的学生要当场回答，并且用左手定则演示判断的过程。这样可以加强学生对洛伦兹力概念和方向判断的记忆，同时也提高了他们的口头表达能力。要求学生用自己的话简单讲述洛伦兹力大小公式F＝qvB的推导过程。学生可以在小组内进行讲述，其他小组成员可以进行补充或者纠正。这有助于学生理解公式的来源，而不是单纯地死记硬背。（2）拓展型口头作业组织学生进行小组讨论回旋加速器和质谱仪的工作原理。每个小组的成员要轮流发言，阐述自己对这两种仪器工作原理的理解，包括洛伦兹力在其中的关键作用。然后小组内进行总结，形成一个比较完整的解释，再向全班同学汇报。通过这种小组讨论和汇报的形式，可以提高学生的合作学习能力和逻辑思维能力。让学生选取一个洛伦兹力在实际生活中的应用实例，如磁悬浮列车，然后向全班同学讲述磁悬浮列车中洛伦兹力是如何实现列车悬浮的。在讲述过程中，要求学生语言通顺、逻辑清晰，并且能够回答其他同学提出的相关问题。（3）探究型口头作业让学生在课堂上分享自己设计的验证洛伦兹力存在和方向的实验思路。在分享过程中，要详细说明实验的创新点以及可能遇到的困难。其他同学可以提出建议和意见，共同完善这个实验设计。这可以激发学生的创新思维，同时也让他们学会从不同的角度思考问题。要求学生简要介绍自己在写科技小论文过程中遇到的最大困难以及是如何解决的。这不仅可以让学生回顾自己的学习过程，还可以给其他同学提供一些学习经验。3、实践作业的安排（1）基础型实践作业让学生利用身边的材料制作一个简单的模型来演示洛伦兹力的方向。例如，可以用小磁针代表磁场方向，用带有电荷的小球（可以用静电吸附的方式给小球带上电荷）代表运动电荷，然后通过移动小球来观察小磁针的偏转方向，从而演示洛伦兹力的方向。在制作和演示过程中，学生要记录自己的操作过程和观察结果，并且分析这个模型的优缺点。布置学生去寻找生活中与洛伦兹力有关的现象，并拍摄照片或者录制短视频。然后在课堂上展示自己找到的现象，并简单解释其中洛伦兹力的原理。比如，有的学生可能会拍摄到电视机的电子枪发射电子在磁场中偏转的现象，或者是一些磁疗仪器周围的磁场对带电粒子的作用现象。（2）拓展型实践作业组织学生分组进行一个小型的回旋加速器原理演示实验。虽然不能完全模拟真正的回旋加速器，但是可以通过一些简单的器材，如圆形的磁场区域（可以用电磁铁制作）、带电粒子（可以用离子源产生）、加速电场（可以用高压电源和极板制作）等来演示带电粒子在回旋加速器中的加速过程。在实验过程中，学生要记录粒子的运动轨迹、速度变化等数据，并且分析这些数据与理论计算的差异。让学生自己设计并制作一个简易的质谱仪模型。在制作过程中，学生要深入理解质谱仪的工作原理，包括离子源、加速电场、磁场等部分的作用。制作完成后，要对模型进行测试，并且分析测试结果与理论预期的差距。（3）探究型实践作业鼓励学生开展一个关于洛伦兹力在磁流体发电中的应用的探究实践活动。学生可以查阅相关资料，了解磁流体发电的原理和现状，然