高中物理 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 教案

課題第3節(jié)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

課型新授課

L教學(xué)內(nèi)容分析

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(duì)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。

1.學(xué)習(xí)者分析

在必修二已經(jīng)學(xué)習(xí)過了有關(guān)于勻速圓周運(yùn)動(dòng)的相關(guān)知識(shí)，物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條

件，作為重點(diǎn)也應(yīng)該存在于學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備中，為本節(jié)的學(xué)習(xí)提供了很好的基礎(chǔ)。

2.學(xué)習(xí)目標(biāo)確定

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(chǎng)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。

科學(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。

4.學(xué)習(xí)重點(diǎn)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)：粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

5.學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

滲透物理學(xué)研究方法的教育，體驗(yàn)物理方法的魅力.

6.學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)

教師活動(dòng)|學(xué)生活動(dòng)

地磁場(chǎng)和太陽風(fēng)

地球周圍空間有地磁場(chǎng)，兩極強(qiáng)，中間弱

從太陽或其他星體上，時(shí)刻都有大量的高能粒子流放出，稱為宇宙觀看，并且討論分

射線析

地磁場(chǎng)能改變宇宙射線中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向，對(duì)宇宙射線起了一

定的阻擋作用

地磁場(chǎng)和極光二

環(huán)節(jié)一：

教師活動(dòng)1學(xué)生活動(dòng)1

一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)，

通過回憶勻速圓

粒子將如何運(yùn)動(dòng)？

周運(yùn)動(dòng)的條件，

-XX

得出結(jié)論

XXXXX

B

XXXXX

XXXXX沿著與磁場(chǎng)垂直

1、由于是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，洛倫茲力大小保持不變的方向射入磁場(chǎng)

2、洛倫茲力的方向總是與速度方向垂直,洛倫茲力只會(huì)改變粒子速的帶電粒子，在

度的方向，不會(huì)改變其大小勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻

XX速圓周運(yùn)動(dòng)

X/xXX

x\xxxyx

XX

活動(dòng)意圖說明：

培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科知識(shí)整合能力，由已知知識(shí)整理類比得出新知識(shí)，從而提升自己解決

實(shí)際問題的能力。

環(huán)節(jié)二：

教師活動(dòng)2學(xué)生活動(dòng)2

二、帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期

勻強(qiáng)磁場(chǎng)中帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑與哪些因素有關(guān)？使用草稿本與教

猜想并進(jìn)行推導(dǎo)：帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力。師一起推導(dǎo)

,,2mv

2_r=—

rI〉qB

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

認(rèn)真傾聽并仔細(xì)

觀察儀器結(jié)構(gòu)，

①加速電場(chǎng):作用是改變電子束出射的速度

②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(chǎng)

1.不加磁場(chǎng)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(chǎng)，觀察電子束的徑跡。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并

給出結(jié)論，在勻

強(qiáng)磁場(chǎng)中，垂直

射入的帶電粒子

做勻速圓周運(yùn)

動(dòng)。

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(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)周期有何特征？

本艮據(jù)T=冬二結(jié)合尸二上上

vqB

一r一27rm

旬*矢口Z=---------

qB

可見同一個(gè)粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期與速度無關(guān)

活動(dòng)意圖說明

利用實(shí)驗(yàn)儀器，讓學(xué)生能直觀的感受到帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡，并利

用勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件與洛倫茲力的方向特點(diǎn)，進(jìn)一步從理論上得出軌跡為勻速圓周

運(yùn)動(dòng)這個(gè)結(jié)論。讓學(xué)生能夠從理論上得出結(jié)論，從實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行驗(yàn)證。

環(huán)節(jié)三：

教的活動(dòng)3學(xué)的活動(dòng)3

三、帶電粒子在磁場(chǎng)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。記錄筆記

(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。

1????11???*1

0k..vok....：

p@L=^-：P?L^b-：

1???e1

1111

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。

（35注，二

i.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(chǎng)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（6）等于圓心角（a）,并等于AB弦

與切線的夾角（弦切角9）的2倍（如圖），即cp=a=20

=3t

叫15（偏向用）

卜.

L）

活動(dòng)意圖說明

從學(xué)習(xí)知識(shí)到解決實(shí)際問題。

7.板書設(shè)計(jì)

3牛頓第二定律

一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

1、由于是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，洛倫茲力大小保持不變

2、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

二、帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期

帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力。

V2my

qvB=m--r=——

r?>qB

木艮據(jù)T

vqB

百丁矢口Z

qB

三、帶電粒子在磁場(chǎng)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:

8.作業(yè)與拓展學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)

帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡特點(diǎn)

1.直線邊界：進(jìn)出磁場(chǎng)具有對(duì)稱性。

3.圓形邊界

(1)粒子沿徑向?qū)?zhǔn)磁場(chǎng)圓心射入

粒子一定沿徑向射出，如圖(g)所示。磁場(chǎng)圓半徑為R,粒子軌跡圓半徑為r,帶電粒子從

P點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)磁場(chǎng)圓心0射入，由幾何知識(shí)容易證明粒子從Q點(diǎn)飛出的速度方向的反向延長

線必過磁場(chǎng)圓心0點(diǎn)。

o'

(2)粒子不沿徑向射入

如圖(h)所示，處理這類問題時(shí)一定要分清磁場(chǎng)圓和軌跡圓，并要注意區(qū)分軌跡圓的圓心

和磁場(chǎng)圓的圓心。粒子進(jìn)出磁場(chǎng)時(shí)速度方向與對(duì)應(yīng)點(diǎn)所在的磁場(chǎng)圓的半徑的夾角相等。

1(多選)如圖所示，等腰直角三角形abc區(qū)域內(nèi)存在方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁

感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。三個(gè)相同的帶電粒子從b點(diǎn)沿be方向分別以不同的速度vl、v2>v3

射入磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間分別為tl、t2、t3,且tl：t2：t3=3：3：lo直角邊be

的長度為L,不計(jì)粒子的重力，下列說法正確的是(BCD)

A.速度的大小關(guān)系可能是vl>v2>v3

B.速度的大小關(guān)系可能是v2<vl<v3L.B\

C.粒子的比荷馬=篇