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2019 人教版高中物理选修第二册《第一章 安培力与
洛伦兹力》大单元整体教学设计[2020 课标]
一、内容分析与整合
二、《普通高中物理课程标准(2017 年版 2020 年修订)》分解
三、学情分析
四、大主题或大概念设计
五、大单元目标叙写
六、大单元教学重点
七、大单元教学难点
八、大单元整体教学思路
九、学业评价
十、大单元实施思路及教学结构图
十一、大情境、大任务创设
十二、单元学历案
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十三、学科实践与跨学科学习设计
十四、大单元作业设计
十五、“教-学-评”一致性课时设计
十六、大单元教学反思
一、内容分析与整合
(一)教学内容分析
《第一章 安培力与洛伦兹力》是 2019 人教版高中物理选修第二册中的重
要章节,内容涵盖了磁场对通电导线的作用力(安培力)、磁场对运动电荷的
作用力(洛伦兹力)、带电粒子在匀强磁场中的运动以及质谱仪与回旋加速器
的原理与应用。这些内容不仅是电磁学的基础,也是理解现代科技如电磁驱动、
质谱分析、粒子加速等技术的关键。
磁场对通电导线的作用力(安培力):
安培力的定义:通电导线在磁场中受到的力称为安培力。
安培力的方向:通过左手定则判断,即伸开左手,使拇指与其余四个手指
垂直,并且都与手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心垂直进入,并使四指指
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向电流的方向,这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。
安培力的大小:在磁场方向与电流方向垂直的情况下,安培力的大小为
F=BIL ,其中 B 为磁感应强度, I 为电流强度, L 为导线长度。当磁场方向与电
流方向不垂直时,安培力的大小为 F=BILsinθ ,其中 θ 为磁场方向与电流方向
的夹角。
安培力的应用:如磁电式电流表、电动机等。
磁场对运动电荷的作用力(洛伦兹力):
洛伦兹力的定义:运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力。
洛伦兹力的方向:同样通过左手定则判断,即伸开左手,使拇指与其余四
个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心垂直进入,并使
四指指向正电荷运动的方向(对于负电荷,四指指向其运动方向的反方向),
这时拇指所指的方向就是正电荷(或负电荷的反方向)在磁场中所受洛伦兹力
的方向。
洛伦兹力的大小:在磁场方向与电荷运动方向垂直的情况下,洛伦兹力的
大小为 F=qvB ,其中 q 为电荷量, v 为电荷运动速度, B 为磁感应强度。当磁
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场方向与电荷运动方向不垂直时,洛伦兹力的大小为 F=qvBsinθ ,其中 θ 为磁
场方向与电荷运动方向的夹角。
洛伦兹力的应用:如电视显像管、质谱仪等。
带电粒子在匀强磁场中的运动:
匀速圆周运动:当带电粒子垂直射入匀强磁场时,由于洛伦兹力始终与粒
子运动方向垂直且指向圆心,因此粒子将做匀速圆周运动。
圆周运动的半径和周期:带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径
r=(mv)/(qB) ,周期 T=(2πm)/(qB) ,其中 m 为粒子质量, v 为粒子运动速度,
q 为粒子电荷量, B 为磁感应强度。
质谱仪与回旋加速器:
质谱仪:利用电场加速带电粒子,然后利用磁场使粒子做圆周运动,通过
测量粒子在磁场中的运动轨迹来测定粒子的比荷(电荷量与质量之比)。
回旋加速器:利用磁场控制带电粒子的运动轨迹,利用电场多次加速粒子,
使粒子获得高能量。回旋加速器是加速带电粒子的重要工具,广泛应用于科学
研究和技术领域。
(二)单元内容分析
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本章内容在电磁学中具有承上启下的作用。在必修课程中,学生已经学习
了磁场的基本性质、磁感应强度的概念以及磁场对通电导线的作用(安培定
则)。本章在此基础上进一步深入探讨了磁场对通电导线(安培力)和运动电
荷(洛伦兹力)的具体作用,并引出了带电粒子在匀强磁场中的运动规律。这
些内容为后续学习电磁感应、电磁波以及现代科技应用如质谱仪、回旋加速器
等奠定了基础。
从知识结构上看,本章内容可以分为四个部分:
磁场对通电导线的作用力(安培力):这是磁场力的宏观表现,通过安培
力的学习,学生可以进一步理解磁场与电流之间的相互作用关系。
磁场对运动电荷的作用力(洛伦兹力):这是磁场力的微观表现,洛伦兹
力的学习有助于学生深入理解磁场对单个带电粒子的作用机制。
带电粒子在匀强磁场中的运动:这部分内容将宏观的安培力与微观的洛伦
兹力相结合,探讨了带电粒子在匀强磁场中的运动规律,为后续学习电磁感应
等现象提供了理论基础。
质谱仪与回旋加速器:这部分内容将理论知识与实际应用相结合,通过介
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绍质谱仪和回旋加速器的工作原理和应用领域,使学生感受到物理学的魅力和
实用性。
(三)单元内容整合
在整合单元内容时,应注重知识的内在联系和 逻辑顺序 。通过 复 习磁场的
基本性质和磁感应强度的概念,引出磁场对通电导线的作用力(安培力)。然
后,通过 类 比和 推 理的方 法 ,引导学生探讨磁场对运动电荷的作用力(洛伦兹
力)。结合安培力和洛伦兹力的学习 成果 ,探讨带电粒子在匀强磁场中的运动
规律。通过介绍质谱仪和回旋加速器的工作原理和应用领域,将理论知识与实
际应用相结合,提高学生的科学 素养 和实 践 能力。
在整合过程中, 还 应注重教学方 法 和手 段 的 创新 。 例 如,可以 采 用实 验 探
究、小 组 讨论、 案例 分析等多 种 教学方 法 来 激发 学生的学习 兴趣 和 积极 性;可
以利用多 媒 体、实 验 器 材 等教学手 段 来 增 强教学 效果 和直观性;可以结合实际
生 活 和科技 前沿 来 拓展 学生的视 野 和 思维空 间。
二、《普通高中物理课程标准( 2017 年版 2020 年修订)》分解
(一)物理观念
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物质观念:
理解磁场是一 种客 观 存 在的物质 形态 ,具有能量和动量等物理 属 性。
认 识通电导线在磁场中 会 受到力的作用(安培力),这 种 力是磁场与电流
相互作用的结 果 。
理解运动电荷在磁场中也 会 受到力的作用(洛伦兹力),这 种 力是磁场与
运动电荷相互作用的结 果 。
运动与相互作用观念:
掌 握 安培力的方向和大小 计算 方 法 ,理解安培力是磁场对通电导线的作用
力,是磁场与电流相互作用的宏观表现。
掌 握 洛伦兹力的方向和大小 计算 方 法 ,理解洛伦兹力是磁场对运动电荷的
作用力,是磁场与运动电荷相互作用的微观表现。
理解带电粒子在匀强磁场中的运动规律, 包括 匀速圆周运动的半径和周期
计算公 式。
能量观念:
认 识磁场具有能量,可以通过对通电导线或运动电荷的作用来 传递 能量。
理解回旋加速器的工作原理,知 道它 是通过电场加速和磁场 偏转 的方式来
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使带电粒子获得高能量的。
(二)科学 思维
模型建 构:
能 够根据 磁场对通电导线的作用力(安培力)和运动电荷的作用力(洛伦
兹力)的实 验 现象和理论 推 导, 建 构磁场力的物理 模型 。
能 够根据 带电粒子在匀强磁场中的运动规律, 建 构带电粒子在磁场中运动
的物理 模型 。
科学 推 理:
能 够 运用左手定则和安培力、洛伦兹力的 计算公 式进 行 科学 推 理,解 决 磁
场力相关的 问题 。
能 够 运用带电粒子在匀强磁场中运动的规律进 行 科学 推 理,解 决 带电粒子
在磁场中运动的相关 问题 。
科学论 证 :
能 够 通过实 验数据 和理论 推 导来论 证 磁场对通电导线的作用力(安培力)
和运动电荷的作用力(洛伦兹力)的 存 在和大小关系。
能 够 通过质谱仪和回旋加速器的实 验 现象和理论解 释 来论 证 带电粒子在磁
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场中的运动规律和应用 价值 。
质 疑创新 :
能 够 对磁场力的相关理论和实 验 现象提出质 疑 , 尝试 通过 新 的实 验设计 和
理论 推 导来解 决问题 。
能 够 探 索 磁场力在 新 技术和 新 领域中的应用 潜 力,提出 创新 性的 想法 和方
案 。
(三)科学探究
问题 :
能 够 从 日常 生 活 和科技 前沿 中 发 现与磁场力相关的 问题 ,如电动机的工作
原理、电视显像管的工作机制等。
能 够针 对具体 问题 提出 明确 的探究 目标 和 假设 ,如探究磁场对通电导线的
作用力与 哪 些因 素 有关、探究带电粒子在匀强磁场中的运动规律等。
证据 :
能 够 通过实 验 观 察 和测量来获 取 与磁场力相关的 证据 ,如测量通电导线在
磁场中受到的力的大小和方向、观 察 带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹等。
能 够 从 文献资料 中获 取 与磁场力相关的 证据 ,如 查阅 质谱仪和回旋加速器
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的相关 资料 来了解其工作原理和应用领域。
解 释 :
能 够 运用物理知识和科学方 法 对实 验数据 和 文献资料 进 行 解 释 和分析,得
出合理的结论和解 释 。
能 够 将探究结 果 以科学 报告 或论 文 的 形 式 呈 现出来,与 他 人 交 流和分 享 。
交 流:
能 够 与同学、 老师 或 专家 进 行交 流和讨论,分 享自己 的探究过程和结 果 ,
听取他 人的 意见 和 建议 。
能 够参 与科学探究 活 动的小 组 合作和 交 流, 共 同解 决问题 和 完成任务 。
(四)科学 态 度与 责任
科学本质:
认 识科学是不断 发展 和进步的,磁场力的相关理论和实 验 现象也在不断 完
善 和 更新 。
理解科学探 索需 要 遵循 实 事求 是的原则, 尊 重实 验数据 和 客 观 事 实。
科学 态 度:
保持 对科学探究的 好奇 心和 热 情, 积极参 与科学探究 活 动。
面对科学探究中的 困难 和 挑战 时能 够保持坚韧 不 拔 的 精神 和 毅 力。