練慶清

【摘要】本文嘗試用“問(wèn)題導(dǎo)學(xué)式”教法來(lái)進(jìn)行《洛倫茲力與現(xiàn)代技術(shù)》的教學(xué)，使得教學(xué)更具探究性和啟發(fā)性。

【關(guān)鍵詞】洛倫茲力與現(xiàn)代技術(shù)? ? 問(wèn)題導(dǎo)學(xué)式教學(xué)

本教學(xué)設(shè)計(jì)按照“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體，過(guò)程為主線”的教學(xué)設(shè)想，采取了引導(dǎo)探究的教學(xué)方法，把教材內(nèi)容有機(jī)地劃分成6個(gè)探究小課題，輔之以一系列環(huán)環(huán)相扣的探究小問(wèn)題，并結(jié)合物理學(xué)史料來(lái)開(kāi)展教學(xué)。在整個(gè)過(guò)程中，既有學(xué)生的積極參與、拾級(jí)攀登，又有教師的點(diǎn)撥引導(dǎo)、及時(shí)調(diào)控。通過(guò)師生雙邊的信息交流，不斷地將教學(xué)活動(dòng)引向深入，使學(xué)生在獲取新知的同時(shí)，還親身經(jīng)驗(yàn)到科學(xué)研究的思想方法，進(jìn)一步培養(yǎng)了他們的能力。

教學(xué)過(guò)程：

探究小課題1：垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的帶電粒子，在洛倫茲力的作用下，將會(huì)偏離原來(lái)的方向。那么，粒子的運(yùn)動(dòng)徑跡是怎樣的呢？

學(xué)生活動(dòng)：討論和交流，并作出猜想。

教學(xué)活動(dòng)：（1）展示實(shí)驗(yàn)器材，簡(jiǎn)單介紹洛侖茲力演示儀的構(gòu)造和工作原理。（2）演示實(shí)驗(yàn)：不加磁場(chǎng)時(shí)電子束的徑跡、施加與電子束平行磁場(chǎng)時(shí)的徑跡、施加與電子束垂直磁場(chǎng)時(shí)的徑跡。（3）歸納：通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的帶電粒子，在洛倫茲力的作用下，將會(huì)作勻速圓周運(yùn)動(dòng)。

設(shè)計(jì)意圖：?jiǎn)栴}引出探究課題，激發(fā)學(xué)生的求知欲。

提出探究小課題2：帶電粒子為什么做勻速圓周的運(yùn)動(dòng)？

學(xué)生活動(dòng)：分小組討論，然后每組選一位學(xué)生回答。（1）f洛在什么平面內(nèi)？與v的關(guān)系怎樣？（2）f洛對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷是否做功？（3）f洛 對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的運(yùn)動(dòng)起何作用？（4）帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)有什么特點(diǎn)？

教學(xué)活動(dòng)：（1）講解：帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，洛侖茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)粒子起著向心力的作用，因此粒子的運(yùn)動(dòng)一定是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，觀看flash動(dòng)畫(huà)理解粒子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)。（2）歸納：既然帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，那么下面我們來(lái)研究它的半徑和周期。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生分析問(wèn)題。

提出探究小課題3：一個(gè)帶電粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q，速率為v，它在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑和周期是多大呢？

學(xué)生活動(dòng)：根據(jù)勻速圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)和洛倫茲力提供向心力解決問(wèn)題。

教學(xué)活動(dòng)：我們可以看出帶電粒子的半徑與運(yùn)動(dòng)速率成正比;而周期與運(yùn)動(dòng)速率無(wú)關(guān)。

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)物理情境。

提出探究小課題4：歷史事件：湯姆遜在做磁偏轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)化學(xué)提純的粒子以相同的初速度進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)怎么會(huì)得到兩條不同的軌跡？

學(xué)生活動(dòng)：具有相同質(zhì)子數(shù)，不同中子數(shù)的同一元素的不同核素互為同位素，化學(xué)行為幾乎相同，但原子量或質(zhì)量數(shù)不同，從而物理性質(zhì)有所差異。

教學(xué)活動(dòng)：注重學(xué)科間的聯(lián)系，結(jié)合所學(xué)的知識(shí)以及老師的提問(wèn)引導(dǎo)學(xué)生思考。

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)物理情境，激發(fā)學(xué)生的好奇心，加深同學(xué)們對(duì)半徑公式的理解，并經(jīng)歷新事物的發(fā)現(xiàn)過(guò)程。

提出探究小課題5：同位素的發(fā)現(xiàn)也引發(fā)了一個(gè)新的難題：怎么測(cè)量同位素的質(zhì)量？同學(xué)們能不能用已學(xué)的知識(shí)研發(fā)一個(gè)測(cè)量的儀器？

學(xué)生活動(dòng)：（1）用什么原理測(cè)量粒子質(zhì)量？洛倫茲力提供向心力的公式里含有m.（2）怎樣使得粒子獲得速度？電場(chǎng)可以對(duì)帶電粒子做功。（3）怎樣選擇特定速度的粒子？上節(jié)課學(xué)習(xí)的速度選擇器。（4）需要測(cè)量什么物理量？結(jié)合公式和實(shí)際情況。

教學(xué)活動(dòng)：帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)將沿著不同的半徑做圓周運(yùn)動(dòng)，打到照相底片的不同地方，在底片上 形成若干的譜線狀細(xì)條，叫質(zhì)譜線，每一條譜線對(duì)應(yīng)于一定的質(zhì)量。從譜線的位置可以知道圓周運(yùn)動(dòng)的半徑。如果再已知帶電粒子的電荷量，就可以算出它質(zhì)量，這種儀器叫質(zhì)譜儀。

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)物理情境，激發(fā)學(xué)生探究的欲望。

提出探究小課題6： 在現(xiàn)代物理學(xué)中，人們也利用洛倫茲力到最前沿、最復(fù)雜的試驗(yàn)中去（視頻）。那怎么使得粒子獲得很高的能量呢？

學(xué)生活動(dòng)：分小組進(jìn)討論，提出解決方案。（1）用什么方式可以使得帶電粒子獲得速度？利用電場(chǎng)加速。（2）這種加速器受到實(shí)際所能達(dá)到的電勢(shì)差的限制，粒子獲得的能量并不太高，只能達(dá)到幾十萬(wàn)到幾兆電子伏。如何才能獲得較大的能量呢？學(xué)生討論，并能得出采取多級(jí)加速的辦法使粒子獲得較大的能量。（3）這是合乎道理的想法。實(shí)際上，也的確存在這這個(gè)多級(jí)加速器，我們叫做“直線加速器”，目前已經(jīng)建成的直線加速器有幾公里，甚至幾十公里長(zhǎng)。但是，直線加速器占地面積太大，能否既讓帶電粒子多次加速，獲得較高能量，又盡可能減少占地面積呢？思考并提出方案：外加磁場(chǎng)！利用勻強(qiáng)磁場(chǎng)使它重返電場(chǎng)，再次加速。

教學(xué)活動(dòng)：1932年美國(guó)物理學(xué)家勞倫斯正是沿著與我們相仿的巧妙思路發(fā)明了回旋加速器。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)提出課題，引出回旋加速器。引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)方案，根據(jù)所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題。

課后思考7：（1）為使帶電粒子不斷得到加速，提供加速電壓的電源應(yīng)符合怎樣的要求？（2）粒子所能達(dá)到的最大速度是多大？

設(shè)計(jì)意圖：留有空間讓學(xué)生課后獨(dú)立嘗試和思考