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]

2025年1月2010:06:26发布者:gggyyy 32 views 举报
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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 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 比和 理的方 ,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 能力。

在整合过程中, 应注重教学方 和手 创新 如,可以 用实

究、小 讨论、 案例 分析等多 教学方 激发 学生的学习 兴趣 积极 性;可

以利用多 体、实 等教学手 强教学 效果 和直观性;可以结合实际

和科技 前沿 拓展 学生的视 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 在的物质 形态 ,具有能量和动量等物理 性。

识通电导线在磁场中 受到力的作用(安培力),这 力是磁场与电流

相互作用的结

理解运动电荷在磁场中也 受到力的作用(洛伦兹力),这 力是磁场与

运动电荷相互作用的结

运动与相互作用观念:

安培力的方向和大小 计算 ,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。

洛伦兹力的方向和大小 计算 ,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:

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:

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 现象和理论 导, 构磁场力的物理 模型

够根据 带电粒子在匀强磁场中的运动规律, 构带电粒子在磁场中运动

的物理 模型

科学 理:

运用左手定则和安培力、洛伦兹力的 计算公 式进 科学 理,解

场力相关的 问题

运用带电粒子在匀强磁场中运动的规律进 科学 理,解 带电粒子

在磁场中运动的相关 问题

科学论

通过实 验数据 和理论 导来论 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 在和大小关系。

通过质谱仪和回旋加速器的实 现象和理论解 来论 带电粒子在磁

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场中的运动规律和应用 价值

疑创新

对磁场力的相关理论和实 现象提出质 尝试 通过 的实 验设计

理论 导来解 决问题

磁场力在 技术和 领域中的应用 力,提出 创新 性的 想法 和方

(三)科学探究

问题

日常 和科技 前沿 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。

够针 对具体 问题 提出 明确 的探究 目标 假设 ,如探究磁场对通电导线的

作用力与 些因 有关、探究带电粒子在匀强磁场中的运动规律等。

证据

通过实 和测量来获 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 带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹等。

文献资料 中获 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。

运用物理知识和科学方 对实 验数据 文献资料 和分析,得

出合理的结论和解

将探究结 以科学 报告 或论 现出来,与 流和分

流:

与同学、 老师 专家 行交 流和讨论,分 享自己 的探究过程和结

听取他 人的 意见 建议

够参 与科学探究 动的小 合作和 流, 同解 决问题 完成任务

(四)科学 度与 责任

科学本质:

识科学是不断 发展 和进步的,磁场力的相关理论和实 现象也在不断

更新

理解科学探 索需 遵循 事求 是的原则, 重实 验数据 实。

科学 度:

保持 对科学探究的 好奇 心和 情, 积极参 与科学探究 动。

面对科学探究中的 困难 挑战 时能 够保持坚韧 精神 力。

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