帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(教案)

1、帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、教學(xué)內(nèi)容分析帶電粒子在場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（重力場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)）問(wèn)題，由于涉及的知識(shí)點(diǎn)眾多，要求的綜合能力較高，因而是歷年來(lái)高考的熱點(diǎn)內(nèi)容。本專題綜合性強(qiáng)，理論分析要求高，帶電粒子的加速是電場(chǎng)的能的性質(zhì)的應(yīng)用；帶電粒子的偏轉(zhuǎn)則側(cè)重于電磁場(chǎng)的力的性質(zhì)，通過(guò)類比恒力作用下的曲線運(yùn)動(dòng)（平拋運(yùn)動(dòng)），變力作用下的圓周運(yùn)動(dòng)，理論上探究帶電粒子在電磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的規(guī)律。此外專題既包含了電磁場(chǎng)的基本性質(zhì)，又要運(yùn)用直線和曲線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，還涉及到能量的轉(zhuǎn)化和守恒，有關(guān)類比和建模等科學(xué)方法的應(yīng)用也比較典型。探究帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn)的規(guī)律，只要做好引導(dǎo)，學(xué)生自己是能夠完成的，而且可以提高學(xué)生綜合分析問(wèn)題

2、的能力。二、學(xué)生學(xué)情分析學(xué)生通過(guò)總復(fù)習(xí)基本掌握了幾個(gè)基本的運(yùn)動(dòng)，即直線運(yùn)動(dòng)中的加速、減速、往返運(yùn)動(dòng)，曲線運(yùn)動(dòng)中的平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)進(jìn)行初步綜合鞏固和加深，同時(shí)將力學(xué)基本定律，即牛頓第二定律、動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律、能量守恒定律等進(jìn)行綜合運(yùn)用。在必修內(nèi)容復(fù)習(xí)中，已初步形成一定的綜合分析能力。三、設(shè)計(jì)思想以建構(gòu)主義思想為指導(dǎo)，從一磚一瓦到高樓大廈。從已知到未知，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，以“場(chǎng)”為主線，串通整節(jié)課，輕松有趣，層次分明清晰，簡(jiǎn)潔易懂。有助學(xué)生思維的訓(xùn)練，從而形成物理知識(shí)體系。問(wèn)題情景的創(chuàng)設(shè)簡(jiǎn)潔有效地激發(fā)疑問(wèn)，本節(jié)引入以身邊地球的場(chǎng)引入，在極短時(shí)間內(nèi)有效激發(fā)學(xué)生興趣，接著過(guò)渡到極光

3、現(xiàn)象，更加精彩，從而深入探索帶電粒子的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，最后，在不同場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)分析，理論綜合應(yīng)用，實(shí)際應(yīng)用討論。從開始到結(jié)束一氣呵成，以場(chǎng)的演變過(guò)程，構(gòu)成邏輯主線。中間穿插學(xué)生動(dòng)手探究練習(xí)，以及全體學(xué)生討論問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng)、生生互動(dòng)，有效提高課堂效率。四、教學(xué)目標(biāo)（一）、知識(shí)與技能1、理解帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并能分析解決加速和偏轉(zhuǎn)方向的問(wèn)題，圓周運(yùn)動(dòng)。2、知道幾種常見儀器的構(gòu)造和基本原理。（二）、過(guò)程與方法通過(guò)帶電粒子在電磁場(chǎng)中加速、偏轉(zhuǎn)、圓周運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析，培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析、推理能力。 （三）、情感態(tài)度與價(jià)值觀通過(guò)知識(shí)的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)的精神。五、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 1、重點(diǎn)：帶電粒子在

4、場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 2、難點(diǎn)：運(yùn)用電磁學(xué)知識(shí)和力學(xué)知識(shí)綜合處理復(fù)雜問(wèn)題六、教學(xué)方法講授法、歸納法、互動(dòng)探究法七、教學(xué)準(zhǔn)備1學(xué)生的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備：復(fù)習(xí)牛頓第二定律，動(dòng)能定理，拋體運(yùn)動(dòng)，圓周運(yùn)動(dòng)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。2教師的教學(xué)準(zhǔn)備：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。3教具：多媒體課件八、課時(shí)安排 1課時(shí)九、教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)教學(xué)程序老師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖一、情景創(chuàng)設(shè)我們知道，地球是個(gè)重力場(chǎng)，同時(shí)也是個(gè)電磁場(chǎng)，來(lái)自外層空間的帶電粒子一旦進(jìn)入地球磁場(chǎng)，其中一些粒子，在地球磁極附近運(yùn)動(dòng)的帶電粒子，會(huì)產(chǎn)生“極光”。觀察思考問(wèn)題：帶電粒子在重力場(chǎng)電磁場(chǎng)中將做什么運(yùn)動(dòng)呢？激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，產(chǎn)生求知欲望

5、和探究熱情。二、新課教學(xué)（一）、學(xué)習(xí)目標(biāo)、 基礎(chǔ)知識(shí) 場(chǎng)、 理論分析一、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)；二、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的曲線運(yùn)動(dòng)；三、帶電粒子在組合場(chǎng)中的分階段運(yùn)動(dòng)；、 實(shí)際應(yīng)用 明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，形成有效的學(xué)習(xí)過(guò)程。目標(biāo)導(dǎo)學(xué)，有的放矢。（二）、完成目標(biāo)一、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)1帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)粒子所受合外力為零時(shí)，所處狀態(tài)一定靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)。類型一：粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)平行時(shí)（洛倫茲力為零），電場(chǎng)力與重力平衡，做勻速直線運(yùn)動(dòng)。類型二：粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)垂直時(shí)，洛倫茲力、電場(chǎng)力與重力平衡，做勻速直線運(yùn)動(dòng)。正確畫出受力分析圖是解題的關(guān)鍵。2帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做變速直線

6、運(yùn)動(dòng)類型一：如果粒子在復(fù)合場(chǎng)中受軌道、支撐面、輕繩或輕桿等有形的約束時(shí)，可做變速直線運(yùn)動(dòng)。解題時(shí)只要從受力分析入手，明確變力、恒力及做功等情況，就可用動(dòng)能定理、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、運(yùn)動(dòng)學(xué)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行求解。類型二：在無(wú)有形約束條件下，粒子受洛倫茲力、電場(chǎng)力、重力作用下，使與速度平行的方向上合力不等于零，與速度垂直的方向上合力等于零，粒子將做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。明確這一條件是解題的突破口。二、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的曲線運(yùn)動(dòng)1帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)類型一：勻速圓周運(yùn)動(dòng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，必定有其它力與恒定的重力相抵消，以確保合力大小不變，方向時(shí)刻指向圓心。一般情況下側(cè)重考查重力恰好與電場(chǎng)力

7、平衡，洛倫茲力充當(dāng)向心力，粒子在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)這類題，它的隱含條件就是重力恰好與電場(chǎng)力平衡。類型二：若帶電粒子運(yùn)動(dòng)的空間存在軌道、支撐面、輕繩、輕桿等有形的約束時(shí)，帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻變速圓周運(yùn)動(dòng)，一般應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和動(dòng)能定理求解。2帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做一般曲線運(yùn)動(dòng)若帶電粒子所受的合外力的大小、方向均是不斷變化的，則帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中將做非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，這時(shí)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡既不是圓弧，也不是拋物線。處理此類問(wèn)題，一般應(yīng)用動(dòng)能定理和能量守恒定律求解。三、帶電粒子在組合式復(fù)合場(chǎng)中的分階段運(yùn)動(dòng)這類問(wèn)題往往是粒子依次通過(guò)幾個(gè)并列的場(chǎng)，如電場(chǎng)與磁場(chǎng)并列；其運(yùn)動(dòng)性質(zhì)隨區(qū)域場(chǎng)的變化而變化，解題的關(guān)

8、鍵在于分析清楚在各個(gè)不同場(chǎng)中的受力及運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度的關(guān)系，畫出運(yùn)動(dòng)的草圖。根據(jù)粒子在不同區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和受力特點(diǎn)畫出軌跡，分別利用類平拋和圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法列方程求解。1. 如圖所示，套在很長(zhǎng)的絕緣直棒上的小球，質(zhì)量為m，帶電量為+q，小球可在直棒上滑動(dòng)，將此棒豎直放在互相垂直，且沿水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度為E，磁場(chǎng)強(qiáng)度為B，小球與棒的動(dòng)摩擦因素為，求：小球由靜止沿棒下落的最大加速度和最大速度（設(shè)小球電量不變）2.在如圖所示的直角坐標(biāo)系中，坐標(biāo)原點(diǎn)O處固定有正點(diǎn)電荷，另有平行于y軸的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一個(gè)質(zhì)量為m、帶電量+q的微粒，恰能以y軸上點(diǎn)為圓心作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其軌跡平面與x O z平面平

9、行，角速度為，旋轉(zhuǎn)方向如圖中箭頭所示。試求勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和方向？3.在平面直角坐標(biāo)系xOy中，第象限存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，第象限存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子從y軸正半軸上的M點(diǎn)以速度v0垂直于y軸射入電場(chǎng)，經(jīng)x軸上的N點(diǎn)與x軸正方向成=60角射入磁場(chǎng)，最后從y軸負(fù)半軸上的P點(diǎn)垂直于y軸射出磁場(chǎng)，如圖所示。不計(jì)粒子重力，求（1）M、N兩點(diǎn)間的電勢(shì)差UMN ；（2）粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r；（3）粒子從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的總時(shí)間t。建立模型理清思路，為理論探究打好基礎(chǔ)。調(diào)動(dòng)積極性，體驗(yàn)獲取新知識(shí)的方法。提高分析問(wèn)題能力。強(qiáng)化對(duì)規(guī)律的理解，進(jìn)一步鞏固，學(xué)會(huì)求解方法，不去死記結(jié)論律。提高自學(xué)能力。體驗(yàn)知識(shí)，做到樂(lè)中學(xué)。能解決實(shí)際問(wèn)題。（三）檢測(cè)目標(biāo)世紀(jì)金榜P103頁(yè)山東高考題學(xué)生閱讀練習(xí)鞏固應(yīng)用三、鞏固小結(jié)1帶電粒子的加速2帶電粒子的偏轉(zhuǎn)課后思考： 世紀(jì)金榜P103頁(yè)福建高考題總結(jié)規(guī)律拓展應(yīng)用十、教學(xué)反思本節(jié)內(nèi)容是關(guān)于帶電粒子在場(chǎng)中的運(yùn)