高中物理 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì) 新人教版選修3-1

1、山東省郯城第三中學(xué)高中物理（人教版選修3-1）教學(xué)設(shè)計(jì)：36 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)一、教材分析本節(jié)課的內(nèi)容是高考的熱點(diǎn)之一，不僅要求學(xué)生有很強(qiáng)的分析力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的能力，還要求學(xué)生有一定的平面幾何的知識(shí)，在教學(xué)中要多給學(xué)生思考的時(shí)間二、教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)與技能1、理解洛倫茲力對粒子不做功。2、理解帶電粒子的初速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直時(shí)，粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。3、會(huì)推導(dǎo)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑、周期公式，知道它們與哪些因素有關(guān)。4、了解回旋加速器的工作原理。（二）過程與方法通過帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的受力分析，靈活解決有關(guān)磁場的問題。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀通過

2、本節(jié)知識(shí)的學(xué)習(xí)，充分了解科技的巨大威力，體會(huì)科技的創(chuàng)新與應(yīng)用歷程。 三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的受力分析及運(yùn)動(dòng)徑跡教學(xué)難點(diǎn)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的受力分析及運(yùn)動(dòng)徑跡四、學(xué)情分析本節(jié)教材的內(nèi)容屬于洛侖茲力知識(shí)的應(yīng)用，采用先實(shí)驗(yàn)探究，再理論分析與推導(dǎo)的方法。先實(shí)驗(yàn)觀察再理論論證比較符合一般學(xué)生的認(rèn)知過程，也可降低學(xué)習(xí)的難度。五、教學(xué)方法實(shí)驗(yàn)觀察法、講述法、分析推理法六、課前準(zhǔn)備1、學(xué)生的準(zhǔn)備：認(rèn)真預(yù)習(xí)課本及學(xué)案內(nèi)容2、教師的準(zhǔn)備：洛倫茲力演示儀、電源、多媒體課件制作，課前預(yù)習(xí)學(xué)案，課內(nèi)探究學(xué)案，課后延伸拓展學(xué)案七、課時(shí)安排：1課時(shí)八、教學(xué)過程（一）預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑（二）情景引入、

3、展示目標(biāo)提問：（1）什么是洛倫茲力？ （2）帶電粒子在磁場中是否一定受洛倫茲力？（3）帶電粒子垂直磁場方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場時(shí)會(huì)做什么運(yùn)動(dòng)呢？（三）合作探究、精講點(diǎn)播教師演示，學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證自己的預(yù)測是否正確。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在暗室中可以清楚地看到，在沒有磁場作用時(shí)，電子的徑跡是直線；在管外加上勻強(qiáng)磁場（這個(gè)磁場是由兩個(gè)平行的通電環(huán)形線圈產(chǎn)生的），電子的徑跡變彎曲成圓形。磁場越強(qiáng)，徑跡的半徑越?。浑娮拥某錾渌俣仍酱?，徑跡的半徑越大。引導(dǎo)學(xué)生分析：當(dāng)帶電粒子的初速度方向與磁場方向垂直時(shí)，電子受到垂直于速度方向的洛倫茲力的作用，洛倫茲力只能改變速度的方向，不能改變速度的大小。因此，洛倫茲力對粒子不做功，不

4、能改變粒子的能量。洛倫茲力對帶電粒子的作用正好起到了向心力的作用。所以，當(dāng)帶電粒子的初速度方向與磁場方向垂直時(shí)，粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。思考與討論：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑r和周期T為多大呢？出示投影片，引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)：一帶電量為q，質(zhì)量為m ，速度為v的帶電粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，其半徑r和周期T為多大？如圖所示。粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力F=m是由粒子所受的洛倫茲力提供的，所以qvB=m由此得出 r= 周期T= 代入式得 T= 由式可知，粒子速度越大，軌跡半徑越大；磁場越強(qiáng)，軌跡半徑越小，這與演示實(shí)驗(yàn)觀察的結(jié)果是一致的。由式可知，粒子運(yùn)動(dòng)的周

5、期與粒子的速度大小無關(guān)。磁場越強(qiáng)，周期越短。 介紹帶電粒子在汽泡室運(yùn)動(dòng)的徑跡照片，讓學(xué)生了解物理學(xué)中研究帶電粒子運(yùn)動(dòng)的方法。 教師引導(dǎo)學(xué)生對結(jié)果進(jìn)行討論，讓學(xué)生了解有關(guān)質(zhì)譜儀的知識(shí)。讓學(xué)生了解質(zhì)譜儀在科學(xué)研究中的作用。2、回旋加速器 引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材有關(guān)內(nèi)容，了解各種加速器的發(fā)展歷程，體會(huì)回旋加速器的優(yōu)越性。課件演示，回旋加速器的工作原理，根據(jù)情況先由學(xué)生講解后老師再總結(jié)。在講解回旋加速器工作原理時(shí)應(yīng)使學(xué)生明白下面兩個(gè)問題：（1）在狹縫AA與AA之間，有方向不斷做周期變化的電場，其作用是當(dāng)粒子經(jīng)過狹縫時(shí)，電源恰好提供正向電壓，使粒子在電場中加速。狹縫的兩側(cè)是勻強(qiáng)磁場，其作用是當(dāng)被加速后的粒子射

6、入磁場后，做圓運(yùn)動(dòng)，經(jīng)半個(gè)圓周又回到狹縫處，使之射入電場再次加速。（2）粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與速率成正比，隨著每次加速，半徑不斷增大，而粒子運(yùn)動(dòng)的周期與半徑、速率無關(guān)，所以每隔相相同的時(shí)間（半個(gè)周期）回到狹縫處，只要電源以相同的周期變化其方向，就可使粒子每到狹縫處剛好得到正向電壓而加速。當(dāng)堂練習(xí)【例1】一個(gè)負(fù)離子，質(zhì)量為m，電量大小為q，以速率v垂直于屏S經(jīng)過小孔O射入存在著勻強(qiáng)磁場的真空室中，如圖所示。磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與離子的運(yùn)動(dòng)方向垂直，并垂直于圖中紙面向里。（1）求離子進(jìn)入磁場后到達(dá)屏S上時(shí)的位置與O點(diǎn)的距離。（2）如果離子進(jìn)入磁場后經(jīng)過時(shí)間t到達(dá)位置P，證明：直線OP與離子入

7、射方向之間的夾角跟t的關(guān)系是。 【例2】如圖所示，半徑為r的圓形空間內(nèi)，存在著垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，一個(gè)帶電粒子（不計(jì)重力），從A點(diǎn)以速度v0垂直磁場方向射入磁場中，并從B點(diǎn)射出，AOB=120°，則該帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為_A2r/3v0B2r/3v0Cr/3v0Dr/3v0【例3】電子自靜止開始經(jīng)M、N板間（兩板間的電壓為u）的電場加速后從A點(diǎn)垂直于磁場邊界射入寬度為d的勻強(qiáng)磁場中，電子離開磁場時(shí)的位置P偏離入射方向的距離為L，如圖所示。求勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。（已知電子的質(zhì)量為m，電量為e） （四）反思總結(jié)、當(dāng)堂檢測見學(xué)案（五）發(fā)導(dǎo)學(xué)案、布置作業(yè)完成P108“問題與練習(xí)”第1、2、5題。書面完成第3、4題。九、板書設(shè)計(jì)1、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)：當(dāng)帶電粒子的初速度方向與磁場方向垂直時(shí)，粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。軌道半徑 r= 周期 T= 2、回旋加速器十、教學(xué)反思本節(jié)課的重點(diǎn)是在讓學(xué)生理解帶電粒子垂