《帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)》學(xué)習(xí)任務(wù)單

《帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)》學(xué)習(xí)任務(wù)單學(xué)習(xí)任務(wù)單課程基本信息學(xué)科高中物理年級高二學(xué)期下學(xué)期課題人教版（2019）選擇性必修第二冊第一章安培力與洛倫茲力3、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)學(xué)生信息姓名學(xué)校班級學(xué)號學(xué)習(xí)目標(biāo)目標(biāo)一：能描述帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡形狀，像小磁針在磁場中跳舞的路線一樣清晰哦。目標(biāo)二：會(huì)運(yùn)用相關(guān)公式計(jì)算帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)半徑和周期，就像會(huì)算自己每天零花錢能買多少小零食一樣熟練。目標(biāo)三：了解帶電粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心、半徑及運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定方法，就像知道怎么找到迷宮的出口一樣準(zhǔn)確。課前學(xué)習(xí)任務(wù)1、閱讀教材1821頁，就像讀一本有趣的故事書一樣，把里面關(guān)于帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)的部分仔細(xì)看看。2、在筆記本上簡單寫下自己對這部分內(nèi)容的初步理解，哪怕是一些奇怪的想法也可以寫下來，說不定是很獨(dú)特的見解呢。課上學(xué)習(xí)任務(wù)【學(xué)習(xí)任務(wù)一】帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡活動(dòng)1：觀察演示實(shí)驗(yàn)老師會(huì)在課堂上給大家做一個(gè)小演示哦。想象一下，有一個(gè)神秘的小盒子（磁場發(fā)生裝置），里面有個(gè)小小的帶電小球（帶電粒子的模型），當(dāng)我們開啟這個(gè)小盒子，小球就會(huì)在里面的特殊“力場”（勻強(qiáng)磁場）里開始它的奇妙旅程。同學(xué)們要睜大眼睛仔細(xì)看小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，像看一場精彩的魔法表演一樣。思考：問題一：這個(gè)小球的運(yùn)動(dòng)軌跡看起來像什么形狀呢？是像直線一樣直直地走，還是像彎彎的彩虹呢？問題二：為什么它會(huì)呈現(xiàn)出這樣的軌跡呢？是有什么神秘的力量在拉著它嗎？活動(dòng)2：理論推導(dǎo)我們知道磁場對帶電粒子有力的作用，這個(gè)力叫洛倫茲力。那這個(gè)洛倫茲力是怎么讓粒子走出那樣的軌跡的呢？（1）根據(jù)洛倫茲力的公式F＝qvB（這里的q是粒子的電荷量，v是粒子的速度，B是磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度），還有牛頓第二定律F＝ma，試著推導(dǎo)一下帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡的數(shù)學(xué)表達(dá)式。（2）大家可以小組討論哦，就像一群小偵探在探討案件一樣。每個(gè)小組推選一個(gè)代表來分享一下小組的推導(dǎo)思路，說不定會(huì)有很奇妙的想法碰撞出來呢。結(jié)論：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中受到洛倫茲力的作用，由于洛倫茲力總是與粒子的速度方向垂直，所以粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)?！緦W(xué)習(xí)任務(wù)二】計(jì)算帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)半徑和周期活動(dòng)1：半徑的計(jì)算（1）根據(jù)前面推導(dǎo)出來的結(jié)果，結(jié)合向心力公式F＝m\frac{v^｛2}｝｛r}（這里的r就是我們要求的運(yùn)動(dòng)半徑），推導(dǎo)出帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)半徑公式。（2）舉個(gè)小例子來鞏固一下哦。假如有一個(gè)帶電荷量為q的粒子，它的速度是v，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)，這個(gè)粒子的質(zhì)量是m，那它的運(yùn)動(dòng)半徑是多少呢？同學(xué)們自己動(dòng)手算一算，就像做一道有趣的數(shù)學(xué)謎題一樣?；顒?dòng)2：周期的計(jì)算（1）同樣根據(jù)前面的知識，推導(dǎo)出帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)周期公式。這個(gè)周期就像小粒子在磁場里轉(zhuǎn)一圈需要的時(shí)間，就像地球繞太陽轉(zhuǎn)一圈是一年一樣。（2）再做個(gè)小練習(xí)。如果已知粒子的電荷量q、質(zhì)量m和磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，求這個(gè)粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)周期。同學(xué)們可以互相檢查一下答案，看看誰算得又快又準(zhǔn)?！緦W(xué)習(xí)任務(wù)三】確定帶電粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心、半徑及運(yùn)動(dòng)時(shí)間活動(dòng)1：圓心的確定（1）老師會(huì)在黑板上畫幾個(gè)帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡草圖，就像畫一些彎彎曲曲的小蛇一樣。同學(xué)們要根據(jù)粒子的初始速度方向和洛倫茲力的方向，找出這些粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心位置。（2）大家可以用一些簡單的方法來確定圓心，比如作速度的垂線啦，根據(jù)洛倫茲力的特點(diǎn)來判斷啦。就像在一個(gè)大迷宮里找寶藏一樣，要找到關(guān)鍵的線索。思考：如果粒子的速度方向突然改變了，那圓心的位置會(huì)怎么變化呢？是跟著跑，還是原地不動(dòng)呢？活動(dòng)2：半徑的確定（1）在已經(jīng)確定圓心的基礎(chǔ)上，如何準(zhǔn)確地計(jì)算出粒子運(yùn)動(dòng)的半徑呢？我們可以利用前面學(xué)到的半徑公式，結(jié)合題目中給出的條件，像拼圖一樣把各個(gè)數(shù)據(jù)組合起來求出半徑。（2）做個(gè)小游戲，老師說一些粒子的條件，比如電荷量、速度、磁場強(qiáng)度和質(zhì)量等，同學(xué)們快速說出半徑的大小，看誰反應(yīng)最快，就像搶答比賽一樣有趣?；顒?dòng)3：運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定（1）要計(jì)算粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，我們要先知道它運(yùn)動(dòng)的角度和周期的關(guān)系。想象粒子在磁場里轉(zhuǎn)的圈數(shù)就像分針在時(shí)鐘上轉(zhuǎn)的圈數(shù)一樣，我們要找到對應(yīng)的比例關(guān)系。（2）做一道實(shí)際的題目。有一個(gè)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)，已知它的運(yùn)動(dòng)半徑、速度和磁場強(qiáng)度，求它在磁場中運(yùn)動(dòng)了四分之一圈所需要的時(shí)間。同學(xué)們要一步一步地寫出計(jì)算過程，就像寫一篇小作文一樣詳細(xì)?？偨Y(jié)提升：今天的課就像一場奇妙的物理之旅，我們跟著帶電粒子在勻強(qiáng)磁場里轉(zhuǎn)了一圈又一圈?，F(xiàn)在大家來說說，你對帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)有了哪些新的認(rèn)識呢？是對運(yùn)動(dòng)軌跡的理解更深刻了，還是對計(jì)算半徑和周期更熟練了呢？課堂習(xí)題：練習(xí)1：一個(gè)帶電粒子以一定的速度垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，已知粒子的電荷量為2\times10^｛6}C，速度為3\times10^｛5}m/s，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T，粒子的質(zhì)量為4\times10^｛26}kg，求這個(gè)粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)半徑。練習(xí)2：某帶電粒子在磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T的勻強(qiáng)磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)周期為2\pi\times10^｛6}s，求這個(gè)粒子的電荷量與質(zhì)量之比。練習(xí)3：一個(gè)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)，它的初始速度方向水平向右，磁場方向垂直紙面向里。已知粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡半徑為5cm，求粒子運(yùn)動(dòng)到軌跡最低點(diǎn)時(shí)，它相對于初始位置的位移大?。ú豢紤]粒子的重力）。課后作業(yè)：1、完成教材21頁的課后練習(xí)，就像給今天的學(xué)習(xí)之旅畫上一個(gè)完美的句號一樣。2、找一道關(guān)于帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)的綜合性題目，自己做一遍，然后給爸爸媽媽或者同學(xué)講一講解題思路，就像當(dāng)一個(gè)小老師一樣自豪。答案：練習(xí)1：根據(jù)半徑公式r=＼frac{mv}｛qB}，將數(shù)值代入可得：r＝＼frac{4\times10^｛26}＼times3\times10^｛5}｝｛2\times10^｛6}＼times0.5}＝1.2\times10^｛14}m。練習(xí)2：根據(jù)周期公式T=＼frac{2\pim}｛qB}，可得＼frac{q}｛m}＝＼frac{2\pi}｛TB}，將數(shù)值代入可得：＼frac{q}｛m}＝＼frac{2\