《带电粒子在匀强磁场中运动》教学设计.docx

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1、带电粒子在匀强磁场中运动教学设计文章来源老师范文吧带电粒子在匀强磁场中的运动教学设计【教学目标】1、学问与技能(1)理解洛伦兹力对粒子不做功.(2)理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时，粒子在匀磁场中做匀速圆周运动,了解力的分解要按力的实际作用效果，会用平行四边形定那么进展作图并计算。(3)会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，并会用它们解答有关问题.知道质谱仪的工作原理。2、过程与方法(1)通过综合运用力学学问、电磁学学问解决带电粒子在复合场(电场、磁场)中的问题.造就学生的分析推理实力(2)通过质谱仪的探究，驾驭理论联系实际的科学方法。(3)通过练习法造就学

2、生应用数学学问解决物理问题的实力。(4)通过本节学习，感受试验是建立物理概念、探究物理规律的重要方法。3、情感看法与价值观(工)通过对本节的学习，充分了解科技的巨大威力，体会科技的创新历程。(2)通过质谱仪实际应用的分析与探讨，养成理论联系实际的自觉性。【教学重点与难点】1、教学重点：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期公式，并能用来分析有关问题.2、教学难点：(1)粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动。(2)分析圆周运动时如何利用几何学问求半径的过程。【教学用具】洛伦兹力演示仪，多媒体课件。【教学过程】一、引入新课问题1什么是洛伦兹力？磁场对运动电荷的作用力问题2带电粒子在磁场中是否

3、必需受洛伦兹力？不必需,洛伦兹力的计算公式为F=qvBsin,为电荷运动方向与磁场方向的夹角，当二90。时,F=qvB;当=0时,F=O.问题3对于一个力我们关注的不仅仅是力的大小，还有力的方向？因为他是矢量。关于洛伦兹力的方向如何判定？左手定那么问题4下面我们来看这个实际状况，利用左手定那么来判定一下这个正电荷所受洛伦兹力的方向。请伸出你宝贵的左手，来表达一下你如何利用左手定那么判定洛伦兹力的方向？假如运动的是负电荷，四指指向运动的反方向，所以电性发生变更，洛伦兹力的方向也会发生变更。问题5依据这个状况我们分析一下，带电粒子所受洛伦兹力的方向有什么特点？垂直于磁场也垂直速度方向问题6依据这个

4、特点，我们来分析当电荷在磁场中运动时,洛伦兹力对她做的是正功还是负功？不做功因为洛伦兹力的方向时刻垂直于速度方向的，洛伦兹力永不做功这是洛伦兹力一个特殊重要的特点。但是洛伦兹力不做功并不意味着这个力一点效果也没有，他不做功，动能不变，速度不增不减，但是他运动的方向还是在发生变更。今日我们主要探究的是在匀强磁场当中，带电粒子垂直进入磁场时他的运动轨迹及其规律。我们这节探究的前提是在匀强磁场当中，带电粒子垂直进入磁场时他的运动轨迹、及其规律。【板书】3.6带电粒子在匀强磁场中的运动二、新课教学问题为了探究一个未知的物理问题，我们常常会接受一种什么方法？试验的方法。要想用试验来看带电粒子的如何运动。

5、我们首先要解决这样两个问题：1如何获得运动的带电粒子？2如何获得匀强磁场？我们先来看第一个问题：问题如何获得运动的带电粒子？金属丝加热逸出电子，经过加速电场加速获得速度，合到一起组成了电子枪。问题如何获得匀强磁场呢？相距很近的异名磁极之间可产生匀强磁场，但磁体产生的磁场强弱不易限制，而环形电流内部的磁场就可以看成匀强磁场，匀强磁场的强弱还可以通过电流的强弱来限制。【演示】依据大家的分析我就做成了洛伦兹力演示仪。我们通过投影来看他的构造:主要是中间有一个玻璃球，内部就有电子枪，放大电子枪我们看他的内部就有一个加热的金属丝，逸出电子通过加速电场加速可以射出电子。外面就有两组线圈，叫亥姆霍兹线圈，有

6、前后两组，每一组有很多匝线圈组成。通电之后就会产生匀强磁场，下面这局部是电源箱局部，这里有几个旋钮：加速电压旋钮用来限制电子的速度，励磁电流选择档用来限制磁场强弱。后进展试验.来源:学+科+网老师进展演示试验.试验现象在暗室中可以清楚地看到，在没有磁场作用时，电子的径迹是直线；在管外加上匀强磁场（这个磁场是由两个平行的通电环形线圈产生的电子的径迹变弯曲成圆形.老师引导学生分析得出结论【板书】一、当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动.老师引导学生揣测对于圆周运动，我们关怀的是这个圆周的大小由什么来确定？和哪些因素有关？也就是它的轨道半径会和哪些因素有关系呢？我们

7、可以先揣测，没有大胆的推想就做不出宏大的发觉。可能和加速电压、励磁电流。再进展试验验证。接下来我们进展理论分析，半径会受到V和B的影响，他们之间存在怎样的定量关系呢。引导学生进展推导。问题1什么力给带电粒子做圆周运动供应向心力？洛伦兹力给带电粒子做圆周运动供应向心力问题2向心力的计算公式是什么？F=mv2学生推导粒子做匀速圆周运动所需的向心力F=m是由粒子所受的洛伦兹力供应的，所以qvB=mv2r由此得出r二通过表达式视察半径与速度，磁感应强度的关系，除了与v、B有关之外，还和粒子的电量q和质量m有关。出示投影半径大小确定圆周的长短，粒子运动一周所用的时间一也就是周期由什么来确定？下面推导一下

8、周期T。学生推导T=可得T=提问下面思索一下：当粒子垂直磁场进入时，速度增加了，周期会怎么样？通过表达式发觉：周期不变，因为速度变大了，半径也变大了。【板书】1、轨道半径r=2、周期T=2mqB下面依据推导的结论来解决一道问题：投影出例如题带电粒子在匀强磁场中的运动教学设计例1：一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场，粒子的一段轨迹如下图，轨迹上的每一小段都可以近似看成圆弧。由于带电粒子使沿途的空气电离,粒子的能量慢慢减小（粒子带电量不变），从图中状况可以确定（）A.离子从a到b,带正电B.离子从a到b,带负电C.离子从b到a,带正电D.离子从b到a,带负电【解析】在审题过程中我们要提炼

9、出有用的信息：粒子的能量慢慢减小，是指动能少了，速度减小，半径减小，所以从b到a。依据左手定那么：受力指向圆心方向,应当带正电。答案是C.这道题在解决时要提炼出一个隐含条件：粒子的能量削减了，意味着速度减小了，所以就确定带电粒子在匀强磁场中的运动教学设计了轨道半径在减小。假如这个粒子之后的运动状况我们还能够记录下来，那么他的运动轨迹会是什么状况呢？演示利用气泡室的方法记录下来的轨迹的图片，轨迹末端显示螺旋形态。投影出例如题例2：如下图，一质量为m,电荷量为q的粒子镇静器A下方小孔Sl飘入电势差为U的加速电场，然后让粒子垂直进入磁感应强度为B的磁场中，最终打原委片D上.粒子进入磁场时的速率。求粒

10、子在磁场中运动的轨道半径。解：（1）粒子在Sl区做初速度为零的匀加速直线运动.由动能定理知，粒子在电场中得到的动能等于电场对它所做的功，即由此可得V=.(2)粒子做匀速圆周运动所需的向心力是由粒子所受的洛伦兹力供应，即qvB=m所以粒子的轨道半径为r=mvqB=老师讲解r和进入磁场的速度无关，进入同一磁场时，rE,而且这些个量中，u、B、r可以干脆测量，那么，我们可以用装置来测量比荷或算出质量。例题在处理上，可以让学生自己处理，老师引导总结。为了加深对带电粒子在磁场中的运动规律的理解。留意：在解决这类问题时,如何确定圆心、画出粒子的运动轨迹、半径及圆心角，找出几何关系是解题的关键。例题给我们展

11、示的是一种特别精细的仪器一一质谱仪。它可以用来测出粒子的质量，也可以用他来探究电量一样，质量有微小差异的同位素,它是阿斯顿设计的,并用它发觉了氟的同位素氮20和窟22,证明白同位素的存在。阿斯顿并没有停留到一个计算结果上，而是对他进展分析，利用带电粒子在电场和磁场中的运动，解决了一个实际问题：确定电量如何来测质量的问题。这样一种将所学学问应用到实际当中来解决实际问题的实力也是我们须要造就的实力，也是我们学习最终的目的。带电粒子在磁场中的运动已经应用到实际生活中的各个领域，是很重要的。我们有必要来重点分析带电粒子在磁场中的运动状况。通过质谱仪我们知道，假如粒子垂直进入一个有直线边界的磁场，他的轨

12、迹将是一个半圆，也就是说垂直进入直线边界，也会垂直出去。提问假如匀强磁场两边都有边界，磁场宽度d,电子进入,运动状况可能是什么样的？可能是半圆，半径小于d,也就是速度小，从左边界出去；速度大，半径大，可能从右边界出去；刚好从左边界出去也刚好从右边界出去的临界状态，与右边界相切，此时半径与d的关系相等。可由几何学问得出，假如从右边界出去，假设确定从右边界出去的速度方向与原来速度方向的夹角为，能不能求出此时的半径。带着这样的一个问题我们来做下一道例题。投影出例如题带电粒子在匀强磁场中的运动教学设计例3：如下图，一束电子（电量为e）以速度V垂直射入磁感应强度为B、宽度为d的匀强磁场，穿透磁场时的速度

13、与电子原来的入射方向的夹角为300。求：（1）电子的质量m=?电子在磁场中的运动时间t=?分析首先通过确定条件找到所对应的圆心O,画出粒子的运动轨迹并画出几何图形。解：（1）设粒子在磁场中的轨道半径为R,粒子的运动轨迹及几何图形如下图。带电粒子在匀强磁场中的运动教学设计粒子在磁场中做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力供应，qvB=mv2R由几何关系有：R=带电粒子在匀强磁场中的运动教学设计由图可知0=30。,得粒子的质量带电粒子在匀强磁场中的运动教学设计运动周期T=2nRv0得电粒子在磁场中运动的时间t=T12联立以上各式解得：带电粒子在匀强磁场中的运动教学设计经过质谱仪和这道题，我们可以总结出，在这里解决问题时，常常会用到半径，求半径时常常会用到几何学问。三、总结这节课的内容：1.带电粒子垂直进入匀强磁场做匀速圆周运动;轨道半径二；周期T=2mqB;2.质谱仪。这节课要驾驭以上内容，而且要逐步造就一种实力，就是利用所学学问解决实际问题的实力，这是我们在学习过程当中要逐步造就起来的一种实力。文章来源老师范文吧