高中人教物理選擇性必修二1.3 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)（教學(xué)設(shè)計(jì)）-同步備課

1、第一章安培力與洛倫茲力第3節(jié)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)本節(jié)教材的內(nèi)容屬于洛倫茲力知識(shí)的應(yīng)用，教材采用了實(shí)驗(yàn)探究加理論分析與推導(dǎo)的方式.帶著實(shí)驗(yàn)得到的感性材料，再用學(xué)過的知識(shí)進(jìn)行理論分析，讓學(xué)生在這一學(xué)習(xí)過程中對理論與實(shí)踐相結(jié)合的研究方法有所體會(huì)，并且在學(xué)習(xí)過程中嘗到成功的喜悅。物理觀念：洛倫茲力的性質(zhì)科學(xué)思維：通過洛倫茲力性質(zhì)與平面幾何知識(shí)的結(jié)合，分析帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡科學(xué)探究：采用洛倫茲力演示儀，通過控制變量法，研究影響電子束運(yùn)動(dòng)軌跡的因素?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：研究洛倫茲力在質(zhì)譜儀、回旋加速器中的應(yīng)用原理。1、教學(xué)重點(diǎn)：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期公式，并能用來分析有關(guān)

2、問題2、教學(xué)難點(diǎn)：粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)洛倫茲力演示儀、感應(yīng)線圈、電源、多媒體等帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)討論：若帶電粒子（不計(jì)重力）以沿著與勻強(qiáng)磁場垂直的方向射入磁場，粒子將如何運(yùn)動(dòng)？由于是勻強(qiáng)磁場，洛倫茲力大小保持不變洛倫茲力的方向總是與速度方向垂直，洛倫茲力只會(huì)改變粒子速度的方向，不會(huì)改變其大小所以，沿著與磁場垂直的方向射入磁場的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)二、帶電粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期勻強(qiáng)磁場中帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑與哪些因素有關(guān)？思路: 帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力。可見r與速度v、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、粒子的比荷有關(guān) 實(shí)驗(yàn)演示：洛倫茲力演示儀加

3、速電場：作用是改變電子束出射的速度勵(lì)磁線圈：作用是能在兩線圈之間產(chǎn)生平行于兩線圈中心的連線的勻強(qiáng)磁場1.不加磁場時(shí)觀察電子束的徑跡。2.給勵(lì)磁線圈通電，在玻璃泡中產(chǎn)生沿兩線圈中心連線方向，由紙內(nèi)指向讀者的磁場，觀察電子束的徑跡。3.保持磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，改變出射電子的速度，觀察電子束徑跡的變化。4.保持出射電子的速度不變，改變磁感應(yīng)強(qiáng)度，觀察電子束徑跡的變化。帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)周期有何特征？可見同一個(gè)粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期與速度無關(guān)【例題】一個(gè)質(zhì)量為 1.6710-27 kg、電荷量為 1.610-19 C 的帶電粒子，以 5105m/s 的初速度沿與磁場垂直的方

4、向射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為 0.2 T 的勻強(qiáng)磁場。求：（1）粒子所受的重力和洛倫茲力的大小之比；（2）粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑；（3）粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期。分析 依據(jù)所給數(shù)據(jù)分別計(jì)算出帶電粒子所受的重力和洛倫茲力，就可求出所受重力與洛倫茲力之比。帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中受洛倫茲力并做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由此可以求出粒子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑及周期解: （1）粒子所受的重力G mg1.6710-279.8 N 1.6410-26N所受的洛倫茲力FqvB 1.610-1951050.2N 1.610-14N重力與洛倫茲力之比可見，帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，洛倫茲力遠(yuǎn)大于重力，重力作用的影響可以忽略。（2）帶電粒子所受

5、的洛倫茲力為F qvB洛倫茲力提供向心力，故由此得到粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑（3）粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期三、帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)情況研究1、找圓心：2、定半徑：3、確定運(yùn)動(dòng)時(shí)間：1. 圓心的確定（1）若已知入射方向和出射方向，作入射速度出射速度的垂線，兩垂線交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心。（2）若已知入射方向和出射點(diǎn)的位置，做入射速度垂線及弦的中垂線，交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心。2. 半徑的確定由于已知條件的不同，求半徑有兩種方法：一是已知物理量(q、m、B、v)，利用半徑公式求半徑。二是已知其他幾何量利用數(shù)學(xué)圖形知識(shí)求半徑，一般利用幾何知識(shí)，常用解三角形的方法。3. 運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定利用圓心角與弦切角

6、的關(guān)系，或者是四邊形內(nèi)角和等計(jì)算出圓心角的大小，由公式可求出運(yùn)動(dòng)時(shí)間。1. 軌道半徑與磁感應(yīng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)速度相聯(lián)系，在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間與周期、偏轉(zhuǎn)角相聯(lián)系。2. 粒子速度的偏向角 ( ) 等于圓心角 ( )，并等于AB 弦與切線的夾角 ( 弦切角 ) 的 2 倍 ( 如圖 )，即 2 t例2. 如圖所示，一束電子(電荷量為 e )以速度 v 垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B，寬度為 d 的勻強(qiáng)磁場中，穿過磁場時(shí)速度方向與電子原來入射方向的夾角是 30，則電子的質(zhì)量是_，穿過磁場的時(shí)間是_。解析： (1) 畫軌跡，找圓心。電子在磁場中運(yùn)動(dòng)，只受洛倫茲力作用，故其軌跡是圓弧的一部分，又因?yàn)?F洛v，故圓心在

7、電子穿入和穿出磁場時(shí)兩個(gè)洛倫茲力的交點(diǎn)上，即上圖中的 O 點(diǎn)。(2) 定半徑。由幾何知識(shí)知，弧AB的圓心角 30，OB 為半徑。所以 r = d/sin 30= 2d，又由 r = mv/eB，得m = 2dBe/v 。(3) 定時(shí)間。因?yàn)榛?AB 的圓心角是 30 ，所以穿過時(shí)間 t = T/12,故 t = d/3v 。答案： 2dBe/v d/3v課堂練習(xí)1.水平導(dǎo)線中有電流I通過，導(dǎo)線正下方的電子初速度的方向與電流I的方向相同，則電子將（ ）A.沿路徑a運(yùn)動(dòng),軌跡是圓B.沿路徑a運(yùn)動(dòng),軌跡半徑越來越大C.沿路徑a運(yùn)動(dòng),軌跡半徑越來越小D.沿路徑b運(yùn)動(dòng),軌跡半徑越來越小2、有三種粒子，分

8、別是質(zhì)子（）、氚核、（）和粒子（）束，如果它們以相同的速度沿垂直于磁場方向射入勻強(qiáng)磁場（磁場方向垂直紙面向里），在下圖中，哪個(gè)圖正確地表示出這三束粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡？（）3、一個(gè)帶電粒子，沿垂直于磁場的方向射入一勻強(qiáng)磁場粒子的一段徑跡如下圖所示徑跡上的每一小段都可近似看成圓弧由于帶電粒子使沿途的空氣電離，粒子的能量逐漸減小(帶電量不變)從圖中情況可以確定A粒子從a到b，帶正電B粒子從a到b，帶負(fù)電C粒子從b到a，帶正電D粒子從b到a，帶負(fù)電X&X本節(jié)的重點(diǎn)是帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期公式，并掌握分析解決此類問題的一般步驟難點(diǎn)是運(yùn)用圓周運(yùn)動(dòng)的相關(guān)知識(shí)分析粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)并綜合運(yùn)用力學(xué)知識(shí)、電磁學(xué)知識(shí)解決帶電粒子在復(fù)合場中的問題這需要學(xué)生綜合圓周運(yùn)動(dòng)、平面幾何、牛頓運(yùn)動(dòng)定律及能量來解決問題，對知識(shí)的基礎(chǔ)要求比較高因此，設(shè)置了一個(gè)問題組，由易