高中物理 帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì) 新人教版選修

1、說帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)、老師：大家好，我是新林一中高二組物理教師韓力群。今天我說課的內(nèi)容是全日制普通高級(jí)中學(xué)物理教科書第二冊(cè)第十五章磁場(chǎng)中的第五節(jié)課帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 質(zhì)譜儀，下面以下幾個(gè)方面對(duì)這節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述分析。首先我說說這節(jié)課設(shè)計(jì)理念根據(jù)新課程的理念，借鑒新的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，注重學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，使學(xué)生學(xué)會(huì)把握信息，尋找規(guī)律，系統(tǒng)歸納知識(shí)，從而達(dá)到提高學(xué)習(xí)效率的目的。二、說教材分析 教材的地位和作用：本節(jié)課是高二電磁部分的重點(diǎn)章節(jié)之一，在歷屆高考命題中特別是綜合計(jì)算題部分屢次出現(xiàn)，這是本章教學(xué)中不可忽視的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在教學(xué)大綱中“帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)”

2、為B級(jí)要求，“質(zhì)譜儀”為A級(jí)要求。本節(jié)課的理論基礎(chǔ)是“力學(xué)部分曲線運(yùn)動(dòng)知識(shí)尤其是勻速圓周運(yùn)動(dòng)相關(guān)內(nèi)容和前一節(jié)洛侖茲力相關(guān)內(nèi)容”。因此這一節(jié)既是力學(xué)部分和電磁學(xué)部分舊知識(shí)的回憶復(fù)習(xí)，又是將這兩部分有機(jī)整合進(jìn)行全新理論的構(gòu)建過程。通過本節(jié)學(xué)習(xí)，學(xué)生一方面加強(qiáng)了洛侖茲力作用特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)以及勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心力概念的把握，另一方面將兩者結(jié)合最終得出帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，學(xué)生能夠充分體會(huì)到物理知識(shí)的聯(lián)系性和規(guī)律性，這不僅有助于他們學(xué)會(huì)知識(shí)，而且使他們會(huì)學(xué)知識(shí)，學(xué)好本節(jié)內(nèi)容將增強(qiáng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)，能為今后進(jìn)一步更好地掌握學(xué)習(xí)方法打下基礎(chǔ)。 教材的處理：依托教材，靈活補(bǔ)充，增加從網(wǎng)上下載的質(zhì)譜儀、回旋加速器等

3、相關(guān)知識(shí)，拓寬學(xué)生知識(shí)面，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。三、說學(xué)情分析（從學(xué)生已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)學(xué)生可能遇到的困難）高二學(xué)生已有一定的閱讀、分析、歸納概括的能力，總體上學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了勻速圓周運(yùn)動(dòng)內(nèi)容，能夠計(jì)算關(guān)于圓周運(yùn)動(dòng)向心力、半徑、周期等問題，在本章前面部分，業(yè)已學(xué)習(xí)過運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的洛倫茲力的大小計(jì)算、方向判定。但學(xué)生學(xué)習(xí)水平各異，基礎(chǔ)掌握參差不齊，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握缺乏系統(tǒng)性，學(xué)生分析問題解決問題的能力還不是很全面，因此本節(jié)中“命題求解的思路”對(duì)于學(xué)生來說是需要重點(diǎn)加強(qiáng)掌握的。針對(duì)以上情況，結(jié)合教材和設(shè)計(jì)理念，確定以下教學(xué)目標(biāo)。四、說教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重、難點(diǎn)設(shè)計(jì)1. 教學(xué)目標(biāo)：（一）知識(shí)與技能、理解帶電

4、粒子的初速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直時(shí)，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)、會(huì)推導(dǎo)帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑、周期公式，并會(huì)用它們解決有關(guān)問題、知道質(zhì)譜儀的工作原理（二）過程與方法、通過回憶洛倫茲力方向與觀察演示課件相結(jié)合分析培養(yǎng)學(xué)生透過現(xiàn)象抓住內(nèi)在本質(zhì)聯(lián)系的洞察能力 、通過推理、判斷帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的過程，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的邏輯分析推理能力。（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀質(zhì)譜儀將基本的帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)規(guī)律直接推至科研最前沿同位素的分析測(cè)定，讓學(xué)生親身體會(huì)到物理知識(shí)對(duì)于人類認(rèn)識(shí)與改造世界過程中所起的巨大作用，有助于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣。（四）美育滲透點(diǎn)（由于帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡精美，本節(jié)課可以

5、對(duì)學(xué)生進(jìn)行美育滲透。）用仿真物理實(shí)驗(yàn)室軟件演示粒子在磁場(chǎng)中做各種運(yùn)動(dòng)的精美圖像感染學(xué)生，提高學(xué)生對(duì)物理學(xué)圖像形式美的審美感受力。2.教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：教學(xué)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，并能用來分析有關(guān)問題。教學(xué)難點(diǎn)本節(jié)難點(diǎn)為確定垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的帶電粒子運(yùn)動(dòng)是垂直磁場(chǎng)平面上的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，綜合運(yùn)用力學(xué)知識(shí)、電磁學(xué)知識(shí)解決帶電粒子運(yùn)動(dòng)的問題。設(shè)為難點(diǎn)其原因主要是中，學(xué)生對(duì)向心力與勻速圓周運(yùn)動(dòng)認(rèn)識(shí)的生疏遺忘以及缺乏左手定則與空間想象力的結(jié)合能力；而在中，動(dòng)量與能量關(guān)系本身就是學(xué)生感到繁雜的知識(shí)點(diǎn)，再與本節(jié)課的新知識(shí)相結(jié)合，更加成為學(xué)生難以掌握的一道坎。（本節(jié)課設(shè)有一個(gè)疑點(diǎn)

6、）帶電粒子的重力通常為什么不考慮？（由學(xué)生發(fā)現(xiàn)探討解決） 五、說教法、學(xué)法設(shè)計(jì)教法：本節(jié)課從研究帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況與磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況對(duì)比入手，采用啟發(fā)式教學(xué)與發(fā)現(xiàn)法想結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生自己一步步得出帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡情況，并輔以直觀演示法與分析歸納法等綜合教學(xué)方法，使學(xué)生建立猜想觀察分析推理歸納應(yīng)用這一學(xué)習(xí)流程。 學(xué)法： 對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)發(fā)現(xiàn)流程化的學(xué)法指導(dǎo)，使他們建立科學(xué)、合理、有效的學(xué)習(xí)體系。學(xué)生認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，結(jié)合運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系分析粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的原因，總結(jié)規(guī)律，積極思考、討論例題，對(duì)規(guī)律加深理解、提高應(yīng)用能力六、 說教學(xué)手段教學(xué)手段只是課堂教學(xué)的輔助部分，因此力求實(shí)用、科學(xué)

7、合理，適合本課特點(diǎn)，因此用實(shí)物投影儀增大課堂容量、提高課堂效率，利用多媒體課件展示帶電粒子在磁場(chǎng)中的各種運(yùn)動(dòng)，特別是通過仿真物理實(shí)驗(yàn)室軟件很容易模擬不同質(zhì)量、電量、電性的粒子的運(yùn)動(dòng)，直觀易于接受，很好突破難點(diǎn)。用質(zhì)譜儀、回旋加速器等圖片增加學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。七、說教學(xué)流程 （整體感知）本節(jié)教學(xué)首先通過演示實(shí)驗(yàn)告訴學(xué)生，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)這一結(jié)論，然后試著用力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系分析粒子為什么做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，再由學(xué)生推導(dǎo)帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑和周期。1、新課引入（本節(jié)課我設(shè)計(jì)兩個(gè)高題導(dǎo)入，問題復(fù)習(xí)鞏固舊知識(shí)為本課做鋪墊）(1).首先引導(dǎo)學(xué)生回顧帶電粒子

8、在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受洛侖茲力的大小及方向,知道大小F洛=qvB，方向則根據(jù)左手定則判斷(始終垂直于速度方向)問題 (2).設(shè)計(jì)兩種情況下帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡：垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng) 垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，比較各自運(yùn)動(dòng)情況多數(shù)學(xué)生等很快從舊知識(shí)中得出在垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)情況下，粒子做類似于平拋運(yùn)動(dòng)，而對(duì)于情況垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，部分學(xué)生根據(jù)則根據(jù)“洛侖茲力方向垂直于v方向”的結(jié)論立刻回答中粒子也做類似平拋運(yùn)動(dòng)，另一部分學(xué)生則表現(xiàn)為猶豫不決。教師在此不管學(xué)生回答正確與否都應(yīng)馬上追問：為什么？引導(dǎo)學(xué)生思考，并最終推翻原來學(xué)生錯(cuò)誤結(jié)論。但留下疑問，中粒子究竟應(yīng)該如何運(yùn)動(dòng)？2、觀察演示實(shí)驗(yàn)：(1)利用仿真物理實(shí)驗(yàn)室軟件模擬帶

9、電粒子在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，(2)洛侖茲力演示儀（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。并說明相關(guān)問題160-161頁）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象在電場(chǎng)中粒子軌跡是拋物線，在磁場(chǎng)中軌跡彎曲成圓形。洛侖茲力演示儀中可以清楚地看到，在沒有磁場(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。由此解答了學(xué)生剛才在情形中所留問題。但接下來就是解決為何軌跡為圓形的問題。也就是引入本課的重、難點(diǎn)。3、突出重點(diǎn)，化解難點(diǎn) (1).軌跡問題先設(shè)計(jì)下列一組設(shè)問，引導(dǎo)學(xué)生思考F洛在什么平面內(nèi)？它與v的方

10、向關(guān)系如何？先提醒學(xué)生利用左手定則回答，并要求考慮在一系列連續(xù)的變化過程中，兩者之間的聯(lián)系和變化情況，最后教師用受力分析和幾何作圖詳細(xì)闡明這一過程，幫助學(xué)生化解此出難點(diǎn)F洛對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷是否做功？ 提醒學(xué)生利用做功知識(shí)來考慮F洛對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷起何作用？ 提醒學(xué)生在回答時(shí)將此作用與向心力對(duì)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)物體所起的作用進(jìn)行類比帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)具有什么特點(diǎn)？ 提醒學(xué)生利用向心力與勻速圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)來回答 帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡這一重點(diǎn)就在教師精心設(shè)計(jì)引導(dǎo)下由學(xué)生自行解決（2）.半徑公式與周期公式設(shè)問：帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)什么力作為向心力?學(xué)生答：F向=F洛=qvB設(shè)問：向心力與速度、半徑關(guān)系?學(xué)

11、生答：F向=mv2/r繼續(xù)推導(dǎo)得出：qvB= mv2/r r = mv/ qB，即半徑公式，鼓勵(lì)學(xué)生試著推導(dǎo)周期公式，結(jié)合前面已得的半徑公式，學(xué)生不難得出T=2m/qB，即周期公式。半徑公式與周期公式的實(shí)際問題應(yīng)用設(shè)計(jì)下列幾點(diǎn)討論:質(zhì)量不同電量相同的帶電粒子，若以大小相等的動(dòng)量垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，它們的軌道半徑關(guān)系如何？質(zhì)量不同電量相同的帶電粒子，若以大小相等的能量垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，它們的軌道半徑關(guān)系如何？在同一磁場(chǎng)中做半徑相等的圓周運(yùn)動(dòng)的氫、氦原子核，哪個(gè)運(yùn)動(dòng)速度大？同一帶電粒子，在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它的速率增大時(shí)，其周期怎樣改變？通過上述討論可在加速學(xué)生對(duì)于兩個(gè)公式應(yīng)用的熟練掌握同

12、時(shí)解決能量和動(dòng)量在其中的應(yīng)用關(guān)系。(3)質(zhì)譜儀 先安排課本P162例題作為學(xué)生過渡性練習(xí)，再舉一道例題：例2當(dāng)氫的三種同位素如氕（）、氘（）、氚（）以相同的速度進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，求它們的軌道半徑比?(電腦課件顯示)引導(dǎo)學(xué)生分析出氕（）、氘（）、氚（）的運(yùn)動(dòng)半徑不一樣如果有一種儀器能夠利用這一原理把幾種同位素從同一入口飛入，從不同入口飛出的話，就檢測(cè)出某一束粒子中是否含有同位素了，如果有，若能準(zhǔn)確測(cè)量出每一種同位素的運(yùn)動(dòng)半徑，就能夠準(zhǔn)確測(cè)定同位素的原子量了，利用這一原理制造出的一種儀器叫做質(zhì)譜儀以此例幫助學(xué)生加深對(duì)質(zhì)譜儀原理和功用的認(rèn)識(shí)。4、反饋練習(xí)，鞏固知識(shí) 為使學(xué)生所學(xué)知識(shí)具有穩(wěn)定性，并使知

13、識(shí)順利遷移。本堂課安排兩道習(xí)題進(jìn)行鞏固練習(xí)，課堂練習(xí)的的安排應(yīng)遵循由易及難，循序漸進(jìn)的的教學(xué)原則。其中例3是對(duì)周期公式的簡(jiǎn)單應(yīng)用，目的在于熟練運(yùn)用相關(guān)知識(shí)，例4則是在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，將較復(fù)雜的粒子偏轉(zhuǎn)的平面幾何知識(shí)與周期公式和半徑公式相結(jié)合，使學(xué)生思維想縱深化發(fā)展。例3一帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)周期為210-5s.已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.8T，則該粒子的質(zhì)量與其電量的比值為多少？ 例 4 同一種帶電粒子以不同的速度垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，則可知（1）帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的速度值有幾個(gè)？（2）這些速度的大小關(guān)系為。（3）三束粒子從O點(diǎn)出發(fā)分別到達(dá)1、2、3點(diǎn)所用時(shí)間關(guān)系為。5、總結(jié)、擴(kuò)展 本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了帶電粒子垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的情況，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)演示和理論分析得出粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)并根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律得出粒子運(yùn)動(dòng)的半徑公式和周期公式最后我們討論了它的一個(gè)具體應(yīng)用質(zhì)譜儀但應(yīng)注意的是如果帶電粒子速度方向不是垂