人教版高中物理選修3-1教案

#判定安培力方向.（上圖甲中安培力方向?yàn)榇怪彪娏鞣较蛳蛏?，乙圖安培力方向?yàn)榇怪彪娏鞣较蛳蛳拢?電流方向和電荷運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系 .（電流方向和正電荷運(yùn)動(dòng)方向相同，和負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)方向相反）.F安的方向和洛倫茲力方向關(guān)系.（F安的方向和正電荷所受的洛倫茲力的方向相同， 和負(fù)電荷所受的洛倫茲力的方向相反.）.電荷運(yùn)動(dòng)方向、磁場(chǎng)方向、洛倫茲力方向的關(guān)系 .（學(xué)生分析總結(jié)）（2）、洛倫茲力方向的判斷一一左手定則伸開左手，使大拇指和其余四指垂直且處于同一平面內(nèi)，把手放入磁場(chǎng)中，讓磁感線垂直穿入手心，若四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向，那么拇指所受的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向；若四指指向是電荷運(yùn)動(dòng)的反方向，那么拇指所指的正方向就是負(fù)電荷所受洛倫茲力的方向^【要使學(xué)生明確】：正電荷運(yùn)動(dòng)方向應(yīng)與左手四指指向一致，負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)方向則應(yīng)與左手四指指向相反 （先確定負(fù)電荷形成電流的方向，再用左手定則判定 ）。［投影出示練習(xí)題］"問(wèn)題與練習(xí)”1試判斷下圖中所示的帶電粒子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)所受的洛倫茲力的方向 ^［學(xué)生解答］甲中正電荷所受的洛倫茲力乙中正電荷所受的洛倫茲力丙中正電荷所受的洛倫茲力指向讀者.丁中正電荷所受的洛倫茲力面指向紙里（3）、洛倫茲力的大小現(xiàn)在我們來(lái)研究一下洛倫茲力的大小 .通過(guò)“思考與討論”，來(lái)推導(dǎo)公式F=qvBsin。時(shí)，應(yīng)先建立物理模型（教材圖3.5—3）,再循序漸進(jìn)有條理地推導(dǎo)，這一個(gè)過(guò)程可放手讓學(xué)生完成，體現(xiàn)學(xué)習(xí)的自主性。也可以通過(guò)下面的命題引導(dǎo)學(xué)生一一回答。設(shè)有一段長(zhǎng)度為L(zhǎng)的通電導(dǎo)線，橫截面積為S,導(dǎo)線每單位體積中含有的自由電荷數(shù)為 n,每個(gè)自由電荷的電量為q,定向移動(dòng)的平均速率為v,將這段導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)方向放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B的磁場(chǎng)中.［問(wèn)題］這段導(dǎo)線中電流I的微觀表達(dá)式是多少？讓學(xué)生推導(dǎo)后回答。［學(xué)生答］I的微觀表達(dá)式為I=nqSv［問(wèn)題1這段導(dǎo)體所受的安培力為多大？［學(xué)生答］ F安=BIL［問(wèn)題1這段導(dǎo)體中含有多少自由電荷數(shù)？［學(xué)生答］這段導(dǎo)體中含有的電荷數(shù)為 nLS［問(wèn)題1每個(gè)自由電荷所受的洛倫茲力大小為多大？［學(xué)生答］安培力可以看作是作用在每個(gè)運(yùn)動(dòng)上的洛倫茲力 F的合力，這段導(dǎo)體中含有的自由電荷數(shù)為 nLS,所以F=F安/nLS=BIL/nLS=nqvSLB/nLS=qvB洛倫茲力的計(jì)算公式（1）當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直時(shí)（ v,B） F=qvB（2）當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向成 。時(shí)（v//B） F=qvBsin0上兩式各量的單位：F為牛（N）,q為庫(kù)倫（Q,v為米/秒（m/s）,B為特斯拉（T）最后，通過(guò)“思考與討論”，說(shuō)明由洛倫茲力所引起的帶電粒子運(yùn)動(dòng)的方向總是與洛倫茲力的方向相垂直的，所以它對(duì)運(yùn)動(dòng)的帶電粒子總是不做功的。2.像管的工作原理（1）原理：應(yīng)用電子束磁偏轉(zhuǎn)的道理（2）構(gòu)造：由電子槍（陰極）、偏轉(zhuǎn)線圈、熒光屏等組成（介紹各部分的作用 102頁(yè)）在條件允許的情況下，可以讓學(xué)生觀察顯像管的實(shí)物，認(rèn)清偏轉(zhuǎn)線圈的位置、形狀，然后運(yùn)用安培定則和左手定則說(shuō)明從電子槍射出的電子束是怎樣在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)的。再通過(guò)“思考與討論” （103頁(yè)），讓學(xué)生弄清相關(guān)問(wèn)題。進(jìn)而介紹電視技術(shù)中的 掃描現(xiàn)象。最后讓學(xué)生回憶 “示波管的原理”，通過(guò)對(duì)比看看二者的差異。（三）對(duì)本節(jié)內(nèi)容做簡(jiǎn)要小結(jié)

（四）鞏固新課1）復(fù)習(xí)本節(jié)內(nèi)容（四）鞏固新課1）復(fù)習(xí)本節(jié)內(nèi)容2）完成“問(wèn)題與練習(xí)”4、5練習(xí)，3作業(yè)3.6、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（ 2課時(shí)+1練習(xí)）一、教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)與技能1、理解洛倫茲力對(duì)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)，粒子在勻磁場(chǎng)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(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑、周期公式，并會(huì)用它們解答有關(guān)問(wèn)題 .知道質(zhì)譜儀的工作原理。4、知道回旋加速器的基本構(gòu)造、工作原理 、及用途。（二）過(guò)程與方法TOC\o"1-5"\h\z通過(guò)綜合運(yùn)用力學(xué)知識(shí)、電磁學(xué)知識(shí)解決帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)（電場(chǎng)、磁場(chǎng)）中的問(wèn)題 .培養(yǎng)學(xué)生的分析推理能力 .（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀通過(guò)對(duì)本節(jié)的學(xué)習(xí)，充分了解科技的巨大威力，體會(huì)科技的創(chuàng)新歷程。二、重點(diǎn)與難點(diǎn)：重點(diǎn)：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期公式，并能用來(lái)分析有關(guān)問(wèn)題 .難點(diǎn)：1.粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng) .2.綜合運(yùn)用力學(xué)知識(shí)、電磁學(xué)知識(shí)解決帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的問(wèn)題 .三、教具 ：洛倫茲力演示儀、感應(yīng)線圈、電源、多媒體等四、教學(xué)過(guò)程：

（一）復(fù)習(xí)引入［問(wèn)題1］什么是洛倫茲力？［磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力］［問(wèn)題2］帶電粒子在磁場(chǎng)中是否一定受洛倫茲力？［不一定，洛倫茲力的計(jì)算公式為 F=qvBSin0,0為電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角，當(dāng)。=90°時(shí)，F(xiàn)=qvB當(dāng)。=0°時(shí)，F(xiàn)=0.］［問(wèn)題3］帶電粒子垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)會(huì)做什么運(yùn)動(dòng)呢？今天我們來(lái)學(xué)習(xí)一一帶電粒子在 勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)、質(zhì)譜儀.（二）新課講解第六節(jié)、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)【演示】先介紹洛倫茲力演示儀的工作原理，由電子槍發(fā)出的電子射線可以使管內(nèi)的低壓水銀蒸氣發(fā)出輝光，顯示出電子的徑跡。后進(jìn)行實(shí)驗(yàn).（并說(shuō)明相關(guān)問(wèn)題104-105頁(yè)）教師進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn).［實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象］在暗室中可以清楚地看到，在沒(méi)有磁場(chǎng)作用時(shí)，電子的徑跡是直線；在管外加上勻強(qiáng)磁場(chǎng)（這個(gè)磁場(chǎng)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.［教師引導(dǎo)學(xué)生分析得出結(jié)論］當(dāng)帶電粒子的初速度方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng) ^帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的受力及運(yùn)動(dòng)情況分析（動(dòng)態(tài)課件） ^一是要明確所研究的物理現(xiàn)象的條件 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)的 帶電粒子。二是分析帶電粒子的受力情況，用左手定則明確帶電粒子初速度與所受到的洛倫茲力在同一平面內(nèi)，所以 只可能做平面運(yùn)動(dòng)。三是洛倫茲力不對(duì)運(yùn)動(dòng)的帶電粒子做功，它的速率不變，同時(shí)洛倫茲力的大小也不變。四是根據(jù)牛頓第二定律， 洛倫茲力使運(yùn)動(dòng)的帶電粒子產(chǎn)生加速度（向心加速度）［出示投影］ ___.電子受到怎樣的力的作用？這個(gè)力和電子的速度的關(guān)系是怎樣的？ （電「二 子受到垂直于速度方向的洛倫茲力的作用..洛倫茲力對(duì)電子的運(yùn)動(dòng)有什么作用？（ .洛倫茲力只改變速度的方向， 產(chǎn)L醍蟲乂 不改變速度的大小） 匚「.有沒(méi)有其他力作用使電子離開磁場(chǎng)方向垂直的平面？ （沒(méi)有力作用使電 X麓*KH子離開磁場(chǎng)方向垂直的平面）.洛倫茲力做功嗎？（洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功）1.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（1）、運(yùn)動(dòng)軌跡：沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)的帶電粒子，粒子在垂直磁場(chǎng)方向的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，此洛倫茲力不做功.【注意】帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由洛倫茲力提供。通過(guò)“思考與討論”（105頁(yè)），使學(xué)生理解帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，的軌道半徑 r和周期T與粒子所帶電量、質(zhì)量、粒子的速度、磁感應(yīng)強(qiáng)度有什么關(guān)系。［出示投影］一為帶電量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(chǎng)中，其半徑r和周期T為多大？［問(wèn)題1］什么力給帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)提供向心力？［洛倫茲力給帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)提供向心力］［問(wèn)題2］向心力的計(jì)算公式是什么？［F=mV/r］2［教師推導(dǎo)］粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力 F=mv-是由粒子所受的洛倫茲力提供的，所以 qvB=mV/r由此得r出r=mvqB出r=mvqB2m

qB可得T=2二m

qB（2）、軌道半徑和周期帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑及周期公式1、軌道半徑r=mv2、周期T=2Tim/qBqB

(1)軌道半徑和粒子的運(yùn)動(dòng)速率成正比 .(2)帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期跟軌道半徑和運(yùn)動(dòng)速率無(wú)關(guān) ^【討論】：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中如果帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向不和磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，它的運(yùn)動(dòng)軌道是什么樣的曲線？分析：當(dāng)帶電粒子的速度分別為垂直于B的分量vi和平行于B的分量V2,因?yàn)関i和B垂直，受到洛倫茲力qviB,此力使粒子q在垂直于B的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，vi和B平行，不受洛倫茲力，故粒子在沿B方向上做勻速曲線運(yùn)動(dòng)，可見粒子的運(yùn)動(dòng)是一等距螺旋運(yùn)動(dòng).再用洛倫茲力演示儀演示電勢(shì)差為U的D電勢(shì)差為U的D上.子在電場(chǎng)中得如圖所示，一質(zhì)量為mi電荷量為q的粒子從容器A下方小孔S飄入加速電場(chǎng)，然后讓粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B的磁場(chǎng)中，最后打到底片(1)粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速率。(2)求粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑。解：(1)粒子在S區(qū)做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng) .由動(dòng)能定理知，粒1 2到的動(dòng)能等于電場(chǎng)對(duì)它所做的功，即 -mv=qu2由此可得v=..2qu/m.2(2)粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力是由粒子所受的洛倫茲力提供，即 qvB=mv-r所以粒子的軌道半徑為 r=mv/qB=...2mu/qB2［教師講解］r［教師講解］r和進(jìn)入磁場(chǎng)的速度無(wú)關(guān)，進(jìn)入同一磁場(chǎng)時(shí),「8 ,而且這些個(gè)量中，u、Rr可以直接測(cè)量，那么,我們可以用裝置來(lái)測(cè)量比荷或算出質(zhì)量。例題在處理上，可以讓學(xué)生自己處理，教師引導(dǎo)總結(jié)。為了加深對(duì)帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理解，可以補(bǔ)充例題和適量的練習(xí)。注意：在解決這類問(wèn)題時(shí)，如何確定圓心、畫出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡、半徑及圓心角，找出幾何關(guān)系是解題的關(guān)鍵。e 勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一個(gè)%,e 勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一個(gè)%,出，已知/出幾何圖形。補(bǔ)充例題：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帶電粒子(不計(jì)重力)，從A點(diǎn)以速度v。垂直磁場(chǎng)方向射入磁場(chǎng)中，并從B點(diǎn)射AOB120,求該帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。分析：首先通過(guò)已知條件找到編,所對(duì)應(yīng)的圓心O',畫出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡并畫解：設(shè)粒子在磁場(chǎng)中的軌道半徑為 R,粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡及幾何圖形如圖所示。粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由洛倫茲力提供，2TOC\o"1-5"\h\z有qvB=m\/R ①由幾何關(guān)系有：R=rtan60o②粒子的運(yùn)動(dòng)周期T=2兀R/vo ③由圖可知0=60°,得電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 t=T/6 ④聯(lián)立以上各式解得：t=?.3r兀/3vo(3)、質(zhì)譜儀閱讀課文及例題，回答以下問(wèn)題：.試述質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)..試述質(zhì)譜儀的工作原理..什么是同位素？

.質(zhì)譜儀最初是由誰(shuí)設(shè)計(jì)的？.試述質(zhì)譜儀的主要用途.閱讀后學(xué)生回答：TOC\o"1-5"\h\z.質(zhì)譜儀由靜電加速極、速度選擇器、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)、顯示屏等組成 ^.電荷量相同而質(zhì)量有微小差別的粒子，它們進(jìn)入磁場(chǎng)后將沿著不同的半徑做圓周運(yùn)動(dòng)，打到照相底片不同的地方，在底片上形成若干譜線狀的細(xì)條，叫質(zhì)譜線，每一條對(duì)應(yīng)于一定的質(zhì)量，從譜線的位置可以知道圓周的半徑 r,如果再已知帶電粒子的電荷量 q,就可算出它的質(zhì)量..質(zhì)子數(shù)相同而質(zhì)量數(shù)不同的原子互稱為同位素 ^.質(zhì)譜儀最初是由湯姆生的學(xué)生阿斯頓設(shè)計(jì) ..質(zhì)譜儀是一種十分精密的儀器，是測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具 .--（1課時(shí)）【過(guò)渡語(yǔ)】先從研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的需要出發(fā)提出怎樣大量產(chǎn)生高能帶電粒子的問(wèn)題，從而引出早期使用的加速器一一靜電加速器2.回旋加速器（1）直線加速器①加速原理：利用加速電場(chǎng)對(duì)帶電粒子做正功使帶電的粒子動(dòng)能增加，即 qU=AR②直線加速器的多級(jí)加速：教材圖 3.6—5所示的是多級(jí)加速裝置的原理圖，由動(dòng)能定理可知，帶電粒子經(jīng)N級(jí)的電場(chǎng)加速后增加的動(dòng)能， Ab=q（U+U2+U+U+…Un）③直線加速器占有的空間范圍大，在有限的空間內(nèi)制造直線加速器受到一定的限制。（2）回旋加速器①由美國(guó)物理學(xué)家勞倫斯于 1932年發(fā)明。②其結(jié)構(gòu)教材圖3.6—6所示。核心部件為兩個(gè)D形盒（加勻強(qiáng)磁場(chǎng)）和其間的夾縫（加交變電場(chǎng)）③加速原理：通過(guò)“思考與討論”讓學(xué)生自己分析出帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期公式 T=2兀m/qB,明確帶電粒子的周期在q、mB不變的情況下與速度和軌道半徑無(wú)關(guān)，從而理解回旋加速器的原理。在學(xué)生思考之后，可作如下白解釋：如果其他因素（q、mB）不變，則當(dāng)速率v加大時(shí)，由r=mv/qB得知圓運(yùn)動(dòng)半徑將與v成正比例地增大，因而圓運(yùn)動(dòng)周長(zhǎng)2nr=27Tmv也將與v成正比例地增大，因此運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間（周期）仍將保持原值。 qB最后提到了回旋加速器的效能（可將帶電粒子加速，使其動(dòng)能達(dá)到25MeV?30MeV）,為狹義相對(duì)論埋下了伏筆。老師再進(jìn)一步歸納各部件的作用： （如圖）磁場(chǎng)的作用：交變電場(chǎng)以某一速度垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后，在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其周期在q、mB不變的情況下與速度和軌道半徑無(wú)關(guān)，帶電粒子每次進(jìn)入 D形盒都運(yùn)動(dòng)相等的時(shí)間（半個(gè)周期）后平行電場(chǎng)方向進(jìn)入電場(chǎng)加速。變化的并垂量不斷提高，析）2.8GeV;若改用直線加速器加速，設(shè)每電場(chǎng)的作用：回旋加速器的的兩個(gè)變化的并垂量不斷提高，析）2.8GeV;若改用直線加速器加速，設(shè)每直于兩個(gè)D形盒正對(duì)截面的勻強(qiáng)電場(chǎng)，帶電粒子經(jīng)過(guò)該區(qū)域時(shí)被加速。交變電壓的作用：為保證交變電場(chǎng)每次經(jīng)過(guò)夾縫時(shí)都被加速， 使之能須在在夾縫兩側(cè)加上跟帶電粒子在 D