練慶清

【摘要】本文嘗試用“問題導(dǎo)學(xué)式”教法來進(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)? ? 問題導(dǎo)學(xué)式教學(xué)

本教學(xué)設(shè)計按照“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體，過程為主線”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)容有機地劃分成6個探究小課題，輔之以一系列環(huán)環(huán)相扣的探究小問題，并結(jié)合物理學(xué)史料來開展教學(xué)。在整個過程中，既有學(xué)生的積極參與、拾級攀登，又有教師的點撥引導(dǎo)、及時調(diào)控。通過師生雙邊的信息交流，不斷地將教學(xué)活動引向深入，使學(xué)生在獲取新知的同時，還親身經(jīng)驗到科學(xué)研究的思想方法，進(jìn)一步培養(yǎng)了他們的能力。

教學(xué)過程：

探究小課題1：垂直射入勻強磁場中的帶電粒子，在洛倫茲力的作用下，將會偏離原來的方向。那么，粒子的運動徑跡是怎樣的呢？

學(xué)生活動：討論和交流，并作出猜想。

教學(xué)活動：（1）展示實驗器材，簡單介紹洛侖茲力演示儀的構(gòu)造和工作原理。（2）演示實驗：不加磁場時電子束的徑跡、施加與電子束平行磁場時的徑跡、施加與電子束垂直磁場時的徑跡。（3）歸納：通過實驗我們發(fā)現(xiàn)垂直射入勻強磁場中的帶電粒子，在洛倫茲力的作用下，將會作勻速圓周運動。

設(shè)計意圖：問題引出探究課題，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動？

學(xué)生活動：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洛對運動電荷是否做功？（3）f洛 對運動電荷的運動起何作用？（4）帶電粒子在磁場中運動有什么特點？

教學(xué)活動：（1）講解：帶電粒子垂直進(jìn)入勻強磁場，洛侖茲力對運動粒子起著向心力的作用，因此粒子的運動一定是勻速圓周運動，觀看flash動畫理解粒子作勻速圓周運動。（2）歸納：既然帶電粒子垂直進(jìn)入勻強磁場時作勻速圓周運動，那么下面我們來研究它的半徑和周期。

設(shè)計意圖：通過問題，引導(dǎo)學(xué)生分析問題。

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

學(xué)生活動：根據(jù)勻速圓周運動知識和洛倫茲力提供向心力解決問題。

教學(xué)活動：我們可以看出帶電粒子的半徑與運動速率成正比;而周期與運動速率無關(guān)。

設(shè)計意圖：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)的實驗時發(fā)現(xiàn)經(jīng)過化學(xué)提純的粒子以相同的初速度進(jìn)入勻強磁場怎么會得到兩條不同的軌跡？

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

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

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

學(xué)生活動：（1）用什么原理測量粒子質(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？電場可以對帶電粒子做功。（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）需要測量什么物理量？結(jié)合公式和實際情況。

教學(xué)活動：帶電粒子進(jìn)入磁場將沿著不同的半徑做圓周運動，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，每一條譜線對應(yīng)于一定的質(zhì)量。從譜線的位置可以知道圓周運動的半徑。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)雜的試驗中去（視頻）。那怎么使得粒子獲得很高的能量呢？

學(xué)生活動：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？利用電場加速。（2）這種加速器受到實際所能達(dá)到的電勢差的限制，粒子獲得的能量并不太高，只能達(dá)到幾十萬到幾兆電子伏。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。實際上，也的確存在這這個多級加速器，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。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！利用勻強磁場使它重返電場，再次加速。

教學(xué)活動：1932年美國物理學(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)計意圖：通過提出課題，引出回旋加速器。引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計方案，根據(jù)所學(xué)知識解決問題。

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)計意圖：留有空間讓學(xué)生課后獨立嘗試和思考