2022年[選修3-1]3.6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

1、精品word 名師歸納總結(jié) - - - - - - - - - - - -名師精編優(yōu)秀教案一般高中課程標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)教科書(shū)物理選修3 1 人教版 第三章磁 場(chǎng)3.6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)新課標(biāo)要求（一）學(xué)問(wèn)與技能1、懂得洛倫茲力對(duì)粒子不做功；2、懂得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)，粒子在勻強(qiáng)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，知道它們與哪些因素有關(guān)；4、明白回旋加速器的工作原理；（二）過(guò)程與方法通過(guò)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的受力分析，敏捷解決有關(guān)磁場(chǎng)的問(wèn)題；（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀通過(guò)本節(jié)學(xué)問(wèn)的學(xué)習(xí)，充分明白科技的龐大威力，體會(huì)科技的創(chuàng)新

2、與應(yīng)用歷程； 教學(xué)重點(diǎn)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的受力分析及運(yùn)動(dòng)徑跡 教學(xué)難點(diǎn)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的受力分析及運(yùn)動(dòng)徑跡 教學(xué)方法試驗(yàn)觀看法、敘述法、分析推理法 教學(xué)用具：洛倫茲力演示儀、電源、投影儀、投影片、多媒體幫助教學(xué)設(shè)備精選名師 優(yōu)秀名師 - - - - - - - - - -第 1 頁(yè)，共 9 頁(yè) - - - - - - - - - -精品word 名師歸納總結(jié) - - - - - - - - - - - -名師精編優(yōu)秀教案 教學(xué)過(guò)程（一）引入新課老師：（復(fù)習(xí)提問(wèn)）什么是洛倫茲力？ 同學(xué)答：磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力老師：帶電粒子在磁場(chǎng)中是否肯定受洛倫茲力？同學(xué)答： 不肯定， 洛倫茲力的運(yùn)算公式

3、為f=qvB sin ， 為電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角，當(dāng) =90時(shí)， f=qvB ；當(dāng) =0時(shí)， f =0；老師：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？今日我們來(lái)學(xué)習(xí)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)；（二）進(jìn)行新課1、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)老師：介紹洛倫茲力演示儀；如下列圖；老師：引導(dǎo)同學(xué)猜測(cè)電子束的運(yùn)動(dòng)情形；（ 1）不加磁場(chǎng)時(shí)，電子束的徑跡；（ 2）加垂直紙面對(duì)外的磁場(chǎng)時(shí)，電子束的徑跡；（ 3）保持出射電子的速度不變，增大或減小磁感應(yīng)強(qiáng)度，電子束的徑跡；（ 4）保持磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，增大或減小出射電子的速度，電子束的徑跡；老師演示，同學(xué)觀看試驗(yàn)，驗(yàn)證自己的猜測(cè)是否正確；精選名師

4、優(yōu)秀名師 - - - - - - - - - -第 2 頁(yè)，共 9 頁(yè) - - - - - - - - - -精品word 名師歸納總結(jié) - - - - - - - - - - - -名師精編優(yōu)秀教案試驗(yàn)現(xiàn)象： 在暗室中可以清晰地看到，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；磁 場(chǎng)越強(qiáng)，徑跡的半徑越小；電子的出射速度越大，徑跡的半徑越大；老師指出： 當(dāng)帶電粒子的初速度方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，電子受到垂直于速度方向的洛倫 茲力的作用， 洛倫茲力只能轉(zhuǎn)變速度的方向，不能轉(zhuǎn)變速度的大小；因此， 洛倫茲力對(duì)粒子不做功，

5、不能轉(zhuǎn)變粒子的能量；洛倫茲力對(duì)帶電粒子的作用正好起到了向心力的作用；所以， 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) ；摸索與爭(zhēng)論：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑r 和周期 T 為多大呢？出示投影片，引導(dǎo)同學(xué)推導(dǎo)：一帶電量為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？如下列圖；2同學(xué)推導(dǎo)：粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力F =m vr所以v 2是由粒子所受的洛倫茲力供應(yīng)的，qvB=mr由此得出m vr =qB2 r周期 T=v精選名師 優(yōu)秀名師 - - - - - - - - - -第

6、 3 頁(yè)，共 9 頁(yè) - - - - - - - - - -精品word 名師歸納總結(jié) - - - - - - - - - - - -名師精編優(yōu)秀教案代入式得2mT=qB師生互動(dòng)、 總結(jié)： 由式可知， 粒子速度越大， 軌跡半徑越大； 磁場(chǎng)越強(qiáng)， 軌跡半徑越小， 這與演示試驗(yàn)觀看的結(jié)果是一樣的；由式可知，粒子運(yùn)動(dòng)的周期與粒子的速度大小無(wú)關(guān)；磁場(chǎng)越強(qiáng)，周期越短；點(diǎn)評(píng)： 演示試驗(yàn)與理論推導(dǎo)相結(jié)合，使同學(xué)從感性熟悉上升到理性熟悉，實(shí)現(xiàn)熟悉上的升華；老師：介紹帶電粒子在汽泡室運(yùn)動(dòng)的徑跡照片，讓同學(xué)明白物理學(xué)中爭(zhēng)論帶電粒子運(yùn)動(dòng)的方法；投影片出示例題：精選名師 優(yōu)秀名師 - - - - - - - - -

7、-第 4 頁(yè)，共 9 頁(yè) - - - - - - - - - -精品word 名師歸納總結(jié) - - - - - - - - - - - -名師精編優(yōu)秀教案老師引導(dǎo)同學(xué)對(duì)結(jié)果進(jìn)行爭(zhēng)論，讓同學(xué)明白有關(guān)質(zhì)譜儀的學(xué)問(wèn)；讓同學(xué)明白質(zhì)譜儀在科學(xué)爭(zhēng)論中的作用；2、回旋加速器老師： 在現(xiàn)代物理學(xué)中，人們?yōu)樘骄吭雍藘?nèi)部的構(gòu)造，需要用能量很高的帶電粒子去轟 擊原子核， 如何才能使帶電粒子獲得龐大能量呢？假如用高壓電源形成的電場(chǎng)對(duì)電荷加速，由于受到電源電壓的限制，粒子獲得的能量并不太高；美國(guó)物理學(xué)家勞倫斯于1932 年創(chuàng)造了回旋加速器，奇妙地利用較低的高頻電源對(duì)粒子多次加速使之獲得龐大能量，為此在1939 年勞倫

8、斯獲諾貝爾物理獎(jiǎng)；那么回旋加速器的工作原理是什么呢？引導(dǎo)同學(xué)閱讀教材有關(guān)內(nèi)容，明白各種加速器的進(jìn)展歷程，體會(huì)回旋加速器的優(yōu)越性；課件演示，回旋加速器的工作原理，依據(jù)情形先由同學(xué)講解后老師再總結(jié)；在講解回旋加速器工作原理時(shí)應(yīng)使同學(xué)明白下面兩個(gè)問(wèn)題：精選名師 優(yōu)秀名師 - - - - - - - - - -第 5 頁(yè)，共 9 頁(yè) - - - - - - - - - -精品word 名師歸納總結(jié) - - - - - - - - - - - -名師精編優(yōu)秀教案（ 1）在狹縫 A A與 AA 之間，有方向不斷做周期變化的電場(chǎng)，其作用是當(dāng)粒子經(jīng)過(guò)狹縫時(shí)， 電源恰好供應(yīng)正向電壓，使粒子在電場(chǎng)中加速；狹縫的兩

9、側(cè)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其作用是當(dāng)被加速后的粒子射入磁場(chǎng)后，做圓運(yùn)動(dòng)，經(jīng)半個(gè)圓周又回到狹縫處，使之射入電場(chǎng)再次加速；（ 2）粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與速率成正比，隨著每次加速，半徑不斷增大，而粒子運(yùn)動(dòng)的周期與半徑、速率無(wú)關(guān)，所以每隔相相同的時(shí)間（半個(gè)周期）回到狹縫處，只要電源以相同的周期變化其方向，就可使粒子每到狹縫處剛好得到正向電壓而加速；（三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng)老師活動(dòng)： 讓同學(xué)概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容；請(qǐng)一個(gè)同學(xué)到黑板上總結(jié)，其他同學(xué)在筆記本上總結(jié)，然后請(qǐng)同學(xué)評(píng)判黑板上的小結(jié)內(nèi)容；同學(xué)活動(dòng)： 仔細(xì)總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會(huì)寫(xiě)下來(lái)、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰(shuí)的更好，好在什么地方；點(diǎn)評(píng)

10、：總結(jié)課堂內(nèi)容，培育同學(xué)概括總結(jié)才能；老師要放開(kāi)， 讓同學(xué)自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，答應(yīng)內(nèi)容的次序不同，從而構(gòu)建他們自己的學(xué)問(wèn)框架；（四）實(shí)例探究 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的勻速圓周運(yùn)動(dòng)【例 1】一個(gè)負(fù)離子，質(zhì)量為m，電量大小為q，以速率v 垂直于屏S 經(jīng)過(guò)小孔O 射入存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng)的真空室中，如下列圖；磁感應(yīng)強(qiáng)度B 的方向與離子的運(yùn)動(dòng)方向垂直，并垂直 于圖中紙面對(duì)里；O（ 1）求離子進(jìn)入磁場(chǎng)后到達(dá)屏S 上時(shí)的位置與O 點(diǎn)的距離；vB（ 2）假如離子進(jìn)入磁場(chǎng)后經(jīng)過(guò)時(shí)間t 到達(dá)位置P，證明：直線OP 與離子入射方向之間的夾角跟 t 的關(guān)系是qB t ；P2mS解析：（ 1）離子的初速度與勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向垂直，

11、在洛侖茲力作用下，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；設(shè)圓半徑為r ，就據(jù)牛頓其次定律可得：Bqvv2mvm，解得 rrBq精選名師 優(yōu)秀名師 - - - - - - - - - -第 6 頁(yè)，共 9 頁(yè) - - - - - - - - - -精品word 名師歸納總結(jié) - - - - - - - - - - - -名師精編優(yōu)秀教案如下列圖，離了回到屏S 上的位置A 與 O 點(diǎn)的距離為： AO=2r2mv所以 AOBq（ 2）當(dāng)離子到位置P 時(shí)，圓心角：vtBq trm由于2，所以qB t ；2 m【例 2】如下列圖，半徑為r 的圓形空間內(nèi)，存在著垂直于紙面對(duì) 里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一個(gè)帶電粒子（不計(jì)重力），從 A 點(diǎn)以

12、速度v0 垂直磁場(chǎng)方向射入磁場(chǎng)中，并從B 點(diǎn)射出， AOB=120，就該帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為 A 2 r /3v0B 23 r/ 3v0C r/3 v0D 3 r/ 3v0解 析 ： 首 先 通 過(guò) 已 知 條 件 找 到所 對(duì) 應(yīng) 的 圓 心O ， 由 圖 可 知 =60 ， 得60t=T360m 3qB，但題中已知條件不夠，沒(méi)有此選項(xiàng)，必需另想方法找規(guī)律表示t，由圓周運(yùn)動(dòng)和 t=AB = Rvv；其中 R 為 AB 弧所對(duì)應(yīng)的軌道半徑，由圖中 OO A 可得 R=3 r，所以 t=3 r /3r 0， D 選項(xiàng)正確；答案： D【例 3】電子自靜止開(kāi)頭經(jīng)M 、N 板間（兩板間的電壓為

13、u）的電場(chǎng)加速后從A 點(diǎn)垂直于磁場(chǎng)邊界射 入寬度為d 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電子離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)的位置P 偏離入射方向的距離為L(zhǎng)，如下列圖；求勻強(qiáng)磁場(chǎng)的 磁感應(yīng)強(qiáng)度； （已知電子的質(zhì)量為m，電量為e）解析：電子在M 、N 間加速后獲得的速度為v，由動(dòng)能定理得：12mv -0=eu2精選名師 優(yōu)秀名師 - - - - - - - - - -第 7 頁(yè)，共 9 頁(yè) - - - - - - - - - -精品word 名師歸納總結(jié) - - - - - - - - - - - -名師精編優(yōu)秀教案電子進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)其半徑為r，就：v 2evB=mr電子在磁場(chǎng)中的軌跡如圖，由幾何得：L=L2d 22L2d 2r2L2mu由以上三式得：B=L2d 2e 課余作業(yè)完成 P108“問(wèn)題與練習(xí)”第1、2、5 題；書(shū)面完成第3、4 題； 教學(xué)體會(huì)思維方法是解決問(wèn)題的靈魂，是物理教學(xué)的根本；親自實(shí)踐參加學(xué)問(wèn)的發(fā)覺(jué)過(guò)程是培育學(xué) 生才能的關(guān)鍵， 離開(kāi)了