第一章《安培力与洛伦兹力》单元整体教学设计-【大单元教学】高二物理同步备课系列（人教版2019选择性必修第二册）

2024-2025高中物理（人教2019版）大单元学科素养教学设计 单元教学课题 选择性必修第二册 第一章《安培力与洛伦兹力》 版本 人教版2019 年级 高二 单元 安培力与洛伦兹力 教师 Xxx 单元内容 本章是电磁学的重要组成部分，主要研究电流在磁场中受到的安培力和运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力。通过学习本章内容，学生能够理解电磁相互作用的基本规律，掌握安培力和洛伦兹力的计算方法，并能够运用这些知识解决实际问题。 全章共4节，第1节和第2节按照先讲宏观、后讲微观的顺序分别介绍了安培力和洛伦兹力，第3节介绍了带电粒子在匀强磁场中的运动规律，第4节以质谱仪与加速器为例介绍了概念规律的应用。 本单元内容可开发的教学活动与资源:学校实验室活动，学生自主探究、小组活动、网络共享资源。 本单元教学重点：安培力 洛伦兹力的概念，公式的理解运用。安培力与洛伦兹力的大小计算和方向判断。 本单元教学难点:带电粒子在磁场中运动的问题。综合运用牛顿动力学、动量守恒定律、动能定理等观念处理带电粒子在磁场、电场等组合或者复合场中运动的综合性问题。 新课标要求 2.1.1 通过实验，认识安培力。能判断安培力的方向，会计算安培力的大小。了解安培力 在生产生活中的应用。 2.1.2 通过实验，认识洛伦兹力。能判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小。2.1.3 能用洛伦兹力分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动。了解带电粒子在匀强磁场中的偏转及其应用。 单元学情 一、学生基本情况 1. 知识基础 · 学生已学习过《必修第三册》中电场、磁场的基本概念（如磁感线、磁感应强度、电流的磁场等），以及力学中的受力分析、牛顿运动定律和圆周运动相关知识。 · 对左手定则的初步接触（如判断通电导线在磁场中的受力方向），但应用不够熟练。 · 数学基础：具备向量运算、三角函数和几何作图能力，但对微积分思想（如积分推导安培力）可能存在理解障碍。 2. 认知能力 · 抽象思维能力：能理解磁场与电流、运动电荷的相互作用，但对三维空间的方向判断（如磁场、电流、力的方向关系）可能存在困难。 · 实验能力：能通过实验观察现象，但自主设计实验、分析数据的能力仍需引导。 二、学习难点预判 1. 概念与规律 · 安培力与洛伦兹力的方向判断（左手定则的灵活应用）。 · 洛伦兹力对运动电荷的作用（如圆周运动半径、周期的推导）。 · 安培力是洛伦兹力的宏观表现，微观与宏观的关联理解。 2. 数学推导 · 安培力公式𝐹=𝐵我𝐿罪⁡𝜃F=BILsinθ和洛伦兹力公式𝐹=𝑞𝑣𝐵罪⁡𝜃F=qvBsinθ的推导过程。 · 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨迹分析（如半径𝑟=𝑚𝑣𝑞𝐵r=qBmv​的推导）。 3. 实际应用 · 电动机、磁电式仪表、质谱仪等设备的原理分析。 · 综合问题中安培力、洛伦兹力与其他力（如重力、电场力）的平衡与运动分析。 单元目标 内容目标： 1．知道什么是安培力，会推导安培力公式F=BILsinθ。知道左手定则的内容，并会用它判断安培力的方向。了解磁电式电流表的工作原理。 2．知道什么是洛伦兹力。利用左手定则判断洛伦兹力的方向。知道洛伦兹力大小的推理过程。掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算。 3．了解v和B垂直时的洛伦兹力大小及方向判断。理解洛伦兹力对电荷不做功。．了解电视显像管的工作原理。理解洛伦兹力对粒子不做功。 4．理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。 5．会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，知道它们与哪些因素有关。 6．知道质谱仪的构造，会应用带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的规律分析相关问题。 7．知道回旋加速器的构造和加速原理，理解粒子的回旋周期与加速电场的变化周期的关系。 学业目标：知道什么是安培力，会推导安培力公式F=BILsinθ。知道左手定则的内容，并会用它判断安培力的方向。知道什么是洛伦兹力。利用左手定则判断洛伦兹力的方向。知道洛伦兹力大小。知道质谱仪的构造，知道回旋加速器的构造和加速原理. 核心素养 一、物理观念 1. 建立磁场对电流作用的认知模型，理解安培力的产生条件及F=ILBsinθ的物理意义 2. 掌握洛伦兹力公式F=qvB的适用条件，能解释带电粒子在磁场中的圆周运动规律 3. 理解安培力与洛伦兹力的内在联系，构建电磁相互作用的基本观念 二、科学思维 1. 能熟练运用左手定则判断磁场中电流/电荷的受力方向 2. 通过演绎推理推导带电粒子在匀强磁场中的轨道半径公式r=mv/qB和周期公式T=2πm/qB 3. 建立"构建物理模型→理论分析→数学推导"的思维路径，解决磁偏转等实际问题 三、科学探究 1. 通过“磁场对通电导线作用”分组实验，掌握控制变量法研究F与I、L、B关系 2. 利用洛伦兹力演示仪进行探究活动，观察不同条件下电子束的运动轨迹 3. 设计简易电磁泵模型，体验从理论到实践的创新过程 四、科学态度与责任 1. 通过电动机、质谱仪等案例分析，体会物理规律对技术发展的推动作用 2. 讨论磁流体发电技术的环保价值，培养可持续发展意识 3. 通过安培力在电磁弹射器中的应用，增强科技强国的使命感 达成评价表 水平等级 水平标准描述 自评 互评 等级一 1．知道什么是安培力，会推导安培力公式F=BILsinθ。 2．知道左手定则的内容，并会用它判断安培力的方向。 3．知道什么是洛伦兹力。利用左手定则判断洛伦兹力的方向。 4．知道洛伦兹力大小的推理过程。 5．掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算。 6．了解v和B垂直时的洛伦兹力大小及方向判断。理解洛伦兹力对电荷不做功。 7．理解洛伦兹力对粒子不做功。 等级二 1．了解磁电式电流表的工作原理。 2．理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。 3．会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，知道它们与哪些因素有关。 等级三 1．了解电视显像管的工作原理。 2．知道质谱仪的构造，会应用带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的规律分析相关问题。 3．知道回旋加速器的构造和加速原理，理解粒子的回旋周期与加速电场的变化周期的关系。 单元分课时规划和活动实施表 单元课时安排（共5课时） 1. 第1课时：安培力的概念及方向判断 2. 第2课时：安培力的大小计算及应用 3. 第3课时：洛伦兹力的概念及方向判断，洛伦兹力的大小计算及应用 4. 第4课时：带电粒子在匀强磁场中的运动 第5课时：质谱仪与回旋加速器 第1节 磁场对通电导线的作用力（第1分课时设计）学习规划 学习内容 第1节 安培力的概念及方向判断 课型课时 物理概念和规律 1课时 课时目标 1物理观念： 1. 通过实验观察和理论分析，理解磁场对通电导线的作用力，即安培力，认识到安培力是磁场与电流相互作用的结果。 2科学思维： 掌握左手定则判断安培力方向的方法。 3科学探究： 通过观察实验现象，探究安培力方向与磁场方向、电流方向之间的关系，并尝试总结规律。 4科学态度与责任： 在实验探究和数据分析过程中，与小组成员进行交流合作，共同完成实验任务，培养学生的团队合作精神。 达成评价 能使用左手定则判断通电导线在磁场中受到的安培力的方向。 驱动性问题 为什么爱心会自己转动？ 学习活动 演示“爱心”实验； （1）学生亲手查看，是否隐藏有其他机关——发现磁铁； （2）思考：爱心转动——运动状态改变——可能受到一个看不见的力； （3）结合必修课中，我们已经知道了磁场对通电导线有作用力——进一步猜想：是这个力对爱心作用。 活动一：探究安培力的方向 1、演示实验——影响安培力的方向的因素 2、左手定则——判断安培力的方向 问题：如何更加精确的判断安培力的方向呢? 左手定则：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平面内;让磁感应线从掌心进入,并使四指指向电流的方向，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 引导学生总结F、B、I方向的关系 演示左手定则判断安培力的方向 展示：自制左手定制磁场模型 让学生体会： 磁场穿手心； 四指指电流； 大拇指表示力！ 3、课堂练习——利用左手定则，判断安培力的方向 课堂练习——利用左手定则，判断安培力的方向（导学案） 及时性评价 统计学生给出的作用力，进行分析,评价后提出安培力大小和方向的探讨方案。引导学生进一步学会观察、分析、推理，培养学生的科学思维和研究方法。 作业设计 通过分层小组题目设计掌握学生掌握安培力概念，会计算安培力的大小判断安培力的方向。 板书小结 第一单元大单元教学 第1节 安培力的大小计算及应用（第2分课时）学习规划 学习内容 第1节 磁场对通电导线的作用力 课型课时 新授规律课 1课时 课时目标 1物理观念： 知道磁场对通电导线的作用力大小与哪些因素有关。 2科学思维： 通过实验认识安培力的大小，了解安培力在生产生活中的运用。 3科学探究： 探究磁场对通电导线的作用力大小与哪些因素有关，将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探索日常生活有关的物理问题。 4科学态度与责任： 能通过日常现象、物品或自然现象粗略估测时间，了解计量时间的工具及其发展变化的过程。培养实事求是的科学态度。 达成评价 完成小组探究和讨论、能自主解决通电导线在磁场中所受安培力大小问题，合作处理情景综合问题。自评、和小组互评。 驱动性问题 通电直导线与匀强磁场不垂直，导线所受安培力大小如何计算？ 学习活动 活动一：探究安培力的大小 1、 ①当磁感应强度B的方向与导线方向垂直时： ②当磁感应强度B的方向与导线方向平行时： 2、 如果通电导线与磁场方向既不平行也不垂直时呢？ 3、理论推导：分解磁感应强度B 4.若导线是弯曲的，此时应该如何计算导线受到的安培力？ 有效长度：公式F＝IlB sin θ中l 指的是导线在磁场中的“有效长度”，弯曲导线的有效长度l 等于连接两端点直线的长度，相应的电流沿l 由始端流向末端(如图所示)。 5. 磁电式电流表 电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大，线圈偏转的角度也越大 ，表盘的刻度均匀。 6.爱心转动的原因 利用左手定则知道左边电流受到安培力向里，右边的向外，不断变换，我的“心”就动起来了。 及时性评价 对不同小组的课堂活动进行归纳分析，提出课堂活动的合理性、安全性、可操作性和科学性等。 作业设计 完成课堂活动。完成小组分层练习。完成作业反思归纳。 板书小结 第一单元大单元教学 第2节 磁场对运动电荷的作用力 学习规划 学习内容 磁场对运动电荷的作用力 课型课时 新授课 1课时 课时目标 1物理观念： 通过实验认识洛伦兹力的方向及大小，了解安培力在生产生活中的运用，会用左手定则判断洛伦兹力的方向。 2科学思维： 经历得出洛伦兹力、磁感应强度和电荷运动方向三者方向关系的过程，体会归纳推理的方法。经历由安培力公式推导出洛伦兹力公式的过程，体会模型建构与演绎推理的方法。经历一般情况下洛伦兹力表达式的得出过程，进一步体会矢量分析的方法。 3科学探究： 通过实验，认识洛伦兹力。能判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小。了解洛伦兹力在生产生活中的应用。 4科学态度与责任： 了解显像管的基本构造及工作的基本原理，认识电子束的磁偏转，体会物理知识与科学技术的关系。 达成评价 完成小组探究和讨论、能自主解决洛伦兹力大小和方向问题，合作处理情景综合问题。自评、和小组互评。 驱动性问题 1. 你知道绚丽极光的是怎么产生的吗？ 定义：运动电荷在磁场中所受的力称为洛伦兹力。 学习活动 一、探究洛伦兹力的方向 如图为洛伦兹力演示仪，研究电子束在磁场中受到的洛伦兹力的方向与哪些因素有关？ 【实验结论】 实验表明：运动的带电粒子在磁场中所受洛伦兹力的方向，与运动方向和磁感应强度的方向都垂直。 讨论：洛伦兹力垂直于B，垂直于v，即垂直于B和v所决定的平面？ B v F洛 可用什么简洁的方法体现这三者方向关系呢？ 二、左手定则 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的运动方向，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。 负电荷受力方向与正电荷受力方向相反。 三、探究洛伦兹力的大小 安培力大小等于各个运动电荷所受洛伦兹力的矢量和。 每个自由电荷所受的洛伦兹力大小 ： 带电粒子不垂直入射磁场时： 四、电子束的磁偏转 电视显像管的工作原理 洛伦兹力的方向与粒子的运动速度方向垂直，当粒子在磁场中运动时，因受到洛伦兹力的作用，就会发生偏转。显像管电视机中就应用了电子束磁偏转的原理。 及时性评价 对不同小组的活动效果进行统计，提出小组活动的理性、科学性等。 作业设计 完成课堂活动。完成小组分层练习。完成作业反思归纳。 板书小结 第一单元大单元教学 第3节 带电粒子在匀强磁场中的运动（分课时）学习规划 学习内容 第3节 带电粒子在匀强磁场中的运动 课型课时 新授课 1课时 课时目标 1物理观念： 知道带电粒子沿着与磁场垂直的方向射人匀强磁场会在磁场中做匀速圆周运动，能推导出匀速圆周运动的半径公式和周期公式，能解释有关的现象，解决有关实际问题。 2科学思维： 了解带电粒子在匀强磁场中的运动规律。2.掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式和周期公式及应用。3.能够应用几何知识分析带电粒子在匀强磁场中的运动。3科学3.科学探究： 经历实验验证带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动以及其运动半径与磁感应强度的大小和入射速度的大小有关的过程，体会物理理论必须经过实验检验。 4科学态度与责任： 知道洛伦兹力作用下带电粒子做匀速圆周运动的周期与速度无关，能够联想其可能的应用。能用洛伦兹力分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动。了解带电粒子在匀强磁场中的偏转及其应用。 达成评价 完成小组探究和讨论、能自主解决动量问题，合作处理情景综合问题。自评、和小组互评。 驱动性问题 1.带电粒子（不计重力）以平行于匀强磁场方向初速度入射，将做什么运动？ 2.带电粒子（不计重力）以垂直于匀强磁场方向初速度入射，将做什么运动？ 学习活动 1、 实验：观察带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹 学习任务一 带电粒子在匀强磁场中的运动 在没有磁场作用时，电子的轨迹是直线； 在管外加上垂直初速度方向的匀强磁场，电子的轨迹变弯曲成圆形。 学习任务二 带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期 推导：如图所示，已知带电粒子的质量为m，电量为q，运动速度为v，匀强磁场的磁感应强度为B，求粒子做匀速圆周运动的半径R和周期T. 学习任务三 带电粒子在匀强磁场中运动的基本分析思路 1.圆心的确定 2.半径的确定 根据几何关系 3.粒子速度偏向角 速度的偏向角等于圆弧所对的圆心角 4.粒子在匀强磁场中运动时间的确定 方法一：周期一定时，由圆心角求：t＝·T； 方法二：v一定时，由弧长求：t＝＝。 学习任务四、带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题规律总结 1.带电粒子在直线边界磁场中的运动 直线边界(进出磁场具有对称性 2.带电粒子在直线平行边界磁场中的运动 平行边界(存在临界条件，如图所示) 3.带电粒子在圆形边界磁场中的运动 圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图所示) 及时性评价 对不同小组的活动进行归纳分析，提出问题研究的合理性、科学性等。 作业设计 设计活动评价，完成小组分层练习。对分层练习进行评价和反思归纳。 板书小结 第一单元大单元教学 第4节 质谱仪与回旋加速器 学习规划 学习内容 第4节 质谱仪与回旋加速器 课型课时 新授课 1课时 课时目标 1物理观念： 了解质谱仪和回旋加速器的工作原理。 2科学思维： 经历质谱仪工作原理的推理过程，体会逻辑推理的思维方法。了解回旋加速器面临的技术难题，体会科学与技术之间的相互影响 3科学探究： 理论探究并理解电场与磁场叠加场的科技应用实例的原理。 4科学态度与责任： 具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，能主动与他人合作，尊重他人，能基于证据和逻辑发表自己的见解，实事求是有将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探索日常生活有关的物理问题。 达成评价 完成小组质谱仪和回旋加速器原理的讨论、能自主解决是带电粒子在组合场、复合场中运动问题，合作处理情景综合问题。自评、和小组互评。 驱动性问题 如何测量微观带电粒子(例如质子、电子)的质量和比荷、如何分离同位素离子呢？能否利用带电粒子在磁场中运动的原理，设计一种仪器来进行测量呢？ 学习任务一：质谱仪 1.原理：如图所示，带电粒子经加速电场加速后垂直于磁场方向进入匀强磁场，最后打在照相底片上，不同质量的粒子打在照相底片上位置不同。 2、电离室：使中性气体电离，产生带电粒子 3.加速：带电粒子进入质谱仪的电场被加速 4. 偏转：带电粒子进入质谱仪的磁场做匀速圆周运动 5.结论：由①②可求半径r、质量m、比荷q/m等 学习任务二：回旋加速器 思考与讨论： (1)回旋加速器中磁场和电场分别起什么作用？ (2)对交变电场的周期有什么要求？ (3)带电粒子获得的最大动能由哪些因素决定？ (4)带电粒子在回旋加速器中被加速的次数是多少？ (5)带电粒子在回旋加速器磁场中运动时间是多少？ 其他仪器：速度选择器、等离子发电机、电磁流量计、霍尔元件 及时性评价 对不同小组的实验现象进行归纳分析，提出实验设计的合理性、安全性、可操作性和间接性等。 作业设计 完成实验数据采集、分析数据、得出结论。完成小组分层练习。完成作业反思归纳。 板书小结 大单元学习评价量规表 《安培力与洛伦兹力》大单元学习评价指标（总分100分） 权重 评价等级及分值 得分 一级指标 二级指标 优良（10-8） 一般 （8-6分） 需要改进（6-0分） 生评 师评 小计 活动态度（15%） 学习兴趣 0.5 对本课题有非常浓厚的学习兴趣 对课题有较高的学习兴趣 对课题知识学习兴趣一般 学习态度 1 学习态度认真负责，努力实现预定任务 认真参与，在同伴协助下努力实现预定任务 认真参与，在同伴协助下实现未能预定任务 合作交流（20%） 与人合作 1 主动和同学配合，分工合作，乐于帮助同学 基本能和同学配合，做好自己分内工作 有需要时才和同学合作，喜欢个人学习 与人沟通 1 态度谦虚，认真倾听同学意见，能合作解决问题 会倾听同学意见，基本能和同学合作解决问题 不太喜欢发言和倾听同学意见，不喜欢和同学合作解决问题 收集资料（30%） 资料查找收集整理 1.5 能熟练运用多种搜集方法搜集资料，并有系统有条理整理资料 比较熟练运用多种搜集方法搜集资料，基本能整理好资料 运用的搜集方法单一，不太会整理资料 资源运用 1.5 根据资料内容的需要恰当合理地使用了各种媒体 能使用多种媒体，使用基本合理没有太大的不合理之处 能使用多种媒体但使用不恰当 小组成果展示（35%） 汇报交流 2 物理概念规律运用准确，语句通顺，表情丰富 物理概念规律运用较准确，语句比较通顺 没有使用物理概念规律机械运动，过于口语化 自作小实验物件展示 1.5 实验物件内容丰富资料符合课题 实验物件内容较丰富、资料较符合课题 实验物件内容不充分、资料比较单一 总计： 总体评价： 机械运动机械运动机械运动www.21cnjy.com机械运动机械运动精品试卷·第机械运动2机械运动页机械运动（共机械运动2机械运动页） 20 / 23 学科网（北京）股份有限公司 $$