《帶電粒子在磁場中的運動》學(xué)習(xí)任務(wù)單

《帶電粒子在磁場中的運動》學(xué)習(xí)任務(wù)單學(xué)習(xí)任務(wù)單課程基本信息學(xué)科：高中物理年級：[具體年級]學(xué)期：[具體學(xué)期]課題：華東師大版（上海）拓展型課程II第八講帶電粒子在磁場中的運動學(xué)生信息姓名：[學(xué)生姓名]學(xué)校：[學(xué)校名稱]班級：[班級名稱]學(xué)號：[具體學(xué)號]學(xué)習(xí)目標目標一：能清楚說出帶電粒子在磁場中運動的基本概念，像洛倫茲力啥的。目標二：可以準確描述帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的條件。目標三：會推導(dǎo)帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的半徑公式和周期公式。目標四：能夠運用所學(xué)知識解決一些關(guān)于帶電粒子在磁場中運動的簡單問題，就像在磁場里給粒子找個合適的軌跡那種。目標五：能把帶電粒子在磁場中的運動知識和生活中的一些現(xiàn)象聯(lián)系起來，明白它在實際里有啥用。課前學(xué)習(xí)任務(wù)1、打開教材，仔仔細細地閱讀和帶電粒子在磁場中運動有關(guān)的章節(jié)內(nèi)容，一邊讀一邊在腦子里面想象粒子跑來跑去的樣子。2、找個小本子，把讀教材的時候遇到的那些不懂的詞兒，像洛倫茲力這些，都記下來，就像收集小怪獸一樣。課上學(xué)習(xí)任務(wù)一、趣味引入同學(xué)們，咱們先來講個小故事。我有一次去科技館，看到一個特別神奇的裝置。那里面有一些小顆粒，在一個透明的盒子里，就像一群小精靈在跳舞。我就特別好奇，這些小顆粒為啥能這么有規(guī)律地動呢？后來我才知道，原來是磁場在搗鬼，那些小顆粒就是帶電粒子，磁場就像一個神秘的魔法場，控制著它們的運動呢。今天咱們就要像小偵探一樣，去探索帶電粒子在磁場中的運動奧秘?！緦W(xué)習(xí)任務(wù)一】認識帶電粒子在磁場中的受力1、洛倫茲力的概念-咱們先來說說啥是洛倫茲力。大家可以想象，帶電粒子就像一個個小電球，磁場呢，就像一片有魔力的海洋。當(dāng)小電球進入這個有魔力的海洋的時候，就會受到一種特殊的力，這個力就是洛倫茲力。那誰能猜猜看，這個力的大小和哪些東西有關(guān)系呢？（互動環(huán)節(jié)：讓學(xué)生大膽猜測，鼓勵他們發(fā)言）-咱們來看看正確的答案哈。洛倫茲力的大小和粒子帶的電荷量、粒子運動的速度、磁場的強度還有它們之間的夾角都有關(guān)系呢。就好比小電球的電量越多、跑得越快、磁場越強，而且小電球運動方向和磁場方向夾角越大，受到的洛倫茲力就越大。（這里可以舉個簡單的例子，比如一個帶電粒子帶的電荷量加倍了，其他條件不變，洛倫茲力會怎么變呢？）2、洛倫茲力的方向-那這個洛倫茲力的方向又怎么確定呢？這就像在一個迷宮里找路一樣。我們有一個特別厲害的工具，叫左手定則。（向?qū)W生展示左手定則的手勢）大家伸出左手，讓磁感線穿過手心，四指指向正電荷運動的方向（如果是負電荷，就指向負電荷運動的反方向哦），大拇指指的方向就是洛倫茲力的方向啦。咱們一起做幾個小練習(xí)，來熟悉一下左手定則。-練習(xí)：有一個正電荷，它在磁場中向右運動，磁場方向是垂直紙面向里的，那這個正電荷受到的洛倫茲力方向是哪兒呢？（讓學(xué)生動手做，然后請一個學(xué)生到黑板上做，其他學(xué)生在下面做，做完后進行點評）【學(xué)習(xí)任務(wù)二】帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的條件1、條件探索-現(xiàn)在咱們來探索一下帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的條件。想象一下，帶電粒子在磁場里就像一個小衛(wèi)星繞著地球轉(zhuǎn)一樣。首先，粒子得帶電，這是肯定的，不然就不受洛倫茲力了。然后呢，這個洛倫茲力得一直垂直于粒子的速度方向。為啥呢？因為如果力不垂直于速度方向，粒子就不能做圓周運動啦，就會像個喝醉的小蟲子一樣亂晃悠。（可以用一個簡單的畫圖來表示力垂直于速度方向時粒子做圓周運動，不垂直時粒子做曲線運動）-那還有沒有其他條件呢？對啦，磁場得是均勻的，要是磁場一會兒強一會兒弱，粒子的運動就會變得很復(fù)雜，就不是咱們現(xiàn)在研究的這種簡單的勻速圓周運動了。2、小組討論-現(xiàn)在咱們分組討論一下，如果一個帶電粒子進入了不均勻的磁場，它的運動會變成啥樣呢？（分組討論，每組4-5人，討論5分鐘，然后每個小組派一個代表發(fā)言）【學(xué)習(xí)任務(wù)三】推導(dǎo)半徑公式和周期公式1、半徑公式推導(dǎo)-咱們現(xiàn)在要像小數(shù)學(xué)家一樣推導(dǎo)帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的半徑公式啦。大家看，因為洛倫茲力提供了粒子做圓周運動的向心力，根據(jù)向心力公式F=m\frac{v^{2}}{r}（這里的F就是洛倫茲力，m是粒子質(zhì)量，v是粒子速度，r是圓周運動的半徑），洛倫茲力的公式是F=qvB（q是粒子電荷量，B是磁場強度），把這兩個公式聯(lián)立起來，就可以得到半徑公式r=\frac{mv}{qB}啦。大家跟著我一步一步推導(dǎo)一下，看看能不能跟上呢？（在黑板上慢慢推導(dǎo)，邊推導(dǎo)邊解釋每一步的意義，推導(dǎo)完后問學(xué)生有沒有不懂的地方）2、周期公式推導(dǎo)-接下來推導(dǎo)周期公式。周期就是粒子轉(zhuǎn)一圈所用的時間。我們知道圓的周長是C=2\pir，粒子的速度是v，根據(jù)t=\frac{C}{v}，把半徑公式r=\frac{mv}{qB}代入，就可以得到周期公式T=\frac{2\pim}{qB}啦。這就像我們知道了小衛(wèi)星繞地球一圈的路程和速度，就能算出它繞一圈需要多長時間一樣?！緦W(xué)習(xí)任務(wù)四】解決簡單問題1、軌跡問題-咱們來做個小練習(xí)。有一個帶電粒子，電荷量是q，質(zhì)量是m，以速度v垂直進入一個強度為B的磁場，那這個粒子在磁場中的運動軌跡是啥樣的呢？（讓學(xué)生思考并回答，然后在黑板上畫出軌跡）2、多粒子問題-現(xiàn)在難度升級啦。有兩個帶電粒子，一個電荷量是q1，質(zhì)量是m1，速度是v1；另一個電荷量是q2，質(zhì)量是m2，速度是v2，它們同時垂直進入同一個磁場，那它們的運動軌跡有啥不同呢？（可以引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)半徑公式和周期公式來分析，鼓勵學(xué)生之間互相討論，然后請幾個學(xué)生分享他們的想法）總結(jié)提升：好啦，同學(xué)們，今天咱們就像探險家一樣在帶電粒子在磁場中的運動這個神秘世界里探索了一番。咱們知道了洛倫茲力，也知道了帶電粒子做勻速圓周運動的條件，還推導(dǎo)了半徑公式和周期公式，最后還解決了一些小問題。那大家現(xiàn)在閉上眼睛，在腦子里面把今天學(xué)的東西過一遍，就像放電影一樣，看看有沒有哪個地方還不太明白的。課堂習(xí)題：【練習(xí)1】一個帶電粒子的電荷量為+2e（e是元電荷），質(zhì)量為m，以速度v垂直進入一個強度為B的磁場，求這個粒子做勻速圓周運動的半徑。（答案：根據(jù)半徑公式r=\frac{mv}{qB}，把q=2e代入，得到r=\frac{mv}{2eB}）【練習(xí)2】有兩個帶電粒子A和B，A的電荷量是+q，質(zhì)量是m，速度是v；B的電荷量是+2q，質(zhì)量是2m，它們垂直進入同一個磁場。比較它們的運動半徑和周期。（答案：根據(jù)半徑公式r=\frac{mv}{qB}，A粒子的半徑r_{A}=\frac{mv}{qB}，B粒子的半徑r_{B}=\frac{2m\timesv}{2qB}=\frac{mv}{qB}，所以r_{A}=r_{B}；根據(jù)周期公式T=\frac{2\pim}{qB}，A粒子的周期T_{A}=\frac{2\pim}{qB}，B粒子的周期T_{B}=\fr