带电粒子在磁场中的运动 质谱仪

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1、高中物理新课程教学设计案例浙江省苍南县矾山高级中学高义【课　题】带电粒子在磁场中的运动　质谱仪（二课时）【教材分析】本节教材既联系了高一的匀速圆周运动内容，又承接前面带电粒子在磁场中所受洛伦兹力的内容，并且在高三复习课上复合场中带电粒子的受力分析问题求解，也需要本节知识的铺垫【学生分析】总体上分析：学生已经学习了匀速圆周运动内容，能够计算关于圆周运动向心力、半径、周期等问题，在本章前面部分，业已学习过运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力的大小计算、方向判定。具体分析：我任教的是本校的普通班，基础掌握参差不齐，学生分析问题解决问题的能

2、力还不是很全面，本节中命题求解的思路对于学生来说是需要重点加强掌握的。【任务分析】洛伦兹力的特点总结力与运动关系圆周运动的向心力由洛伦兹力提供向心力的运动，在什么情况下出现　　带电粒子做圆周运动时的向心力、半径、周期带电粒子以几种特殊方向飞入磁场可能的运动状态磁场有没有形状、边界？如果存在有形状和边界的磁场，带电粒子在里面的运动又会有什么特殊情况质谱仪原理有界磁场中带电粒子穿越磁场时飞出的速度偏转角及偏转位移的计算速度选择器原理　混合场下的动态平衡力学中的平衡问题分类：静态平衡与动态平衡磁流体发电机原理学习物理基本原理，最终目

3、的是为了应用到科学与生活实践中【教学目标】1、知识与技能：①理解运动电荷垂直磁感线飞入磁场中的轨迹是圆周，运动状态是匀速圆周运动　②会分析运动电荷在磁场中的受力情况，并掌握其运动半径和周期的公式推导及应用③了解质谱仪原理，并能举一反三理解速度选择器，磁流体发电机等新科技应用的原理④运动电荷穿越有界磁场后的速度偏转角、位移偏转量的分析与计算2、过程与方法：①能从洛伦兹力提供向心力开始推导出带电粒子做圆周运动的半径及周期②能够根据运动电荷在穿越有界磁场后的速度偏转角与转过的圆心角的关系求解位移偏转量及运动时间③掌握在混合场中分析受

4、力与运动状态的方法3、情感态度价值观：①理解物理的基本原理，其应用的最终目的是科学与生活实践②新科技的发展有赖于物理学的发展与应用【重点难点】①运动电荷半径及周期的计算公式推导以及应用②穿过磁场的运动电荷偏转位移及偏转角的分析③混合场作用下的平衡条件分析、运动状态分析④质谱仪原理分析【设计思想】以生为本，从学生手中有的同步作业本出发，设问及例题设计环环相扣同步作业本中对课本内容升华的部分，同时又不失学科基础的落实，力争使普通班的学生也能够很好的理解与吸引本节内容【教学过程】第一课时：一、新课引入回顾洛伦兹力的特点：方向总是与速

5、度方向垂直引导学生回忆具有这样特点的力作用在运动物体上时，只改变速度方向不改变速度大小设问一：这样的力作用在物体身上，能否改变物体运动的动量？动能呢？引导学生讲出前面所学知识中的类似知识点：匀速圆周运动中的向心力新课引导语：这一节课我们主要学习在具有这样特点的洛伦兹力作用下，究竟运动电荷的运动状态会发生怎样的变化，其是否有规律可寻。二、新课讲授步骤一：实验演示：洛伦兹力演示仪实验简析：阴极射线管CRT发出的电子射线带负电，在不受外力作用情况下直线向前（演示步骤一）当我们打开电磁铁上的开关，给运动空间加上某一方向的磁场时（不告诉

6、学生确切的方向），让学生观察现象并总结：射线沿圆周曲线运动步骤二：几种特殊情况举例让学生分析：在匀强磁场作用下①带电粒子沿磁场方向飞入②带电粒子沿磁场反方向飞入③带电粒子沿垂直磁场方向飞入引导学生分析出在①②情况下带电粒子所受洛伦兹力为零③先让学生分析带电粒子可能受的力，然后引导学生计算并推导出对于电子这样的单个电荷而言，它在垂直磁场方向运动时受的洛伦兹力远大于所受重力，因此重力可以忽略不计再让学生分析带电粒子恰好垂直磁场方向飞入磁场时，所受洛伦兹力最大，且其方向时刻与速度方向垂直，在这样的力作用下，推导出电荷会做匀速圆周运动

7、，向心力由洛伦兹力提供步骤三：由步骤二推导出的洛伦兹力提供向心力的结论写出让学生自主推导出运动电荷在洛伦兹力作用下作匀速圆周运动时的运动半径让学生把书本翻回到118页，快速阅读并复习什么是电子的比荷，其表达式如何，再让学生思考，如果不是电子，而是一个带电量为的电荷，其比荷表达式又如何①让学生来说明运动半径在其余量保持不变的情况下与电荷的比荷之间的关系②让学生观察运动半径的表达式中右式的分子，引导学生将动量表达式转换成动能表达方式，引导学生写出运动半径另一种表达方式设问二：电子与质子以相同的垂直磁场的方向飞入匀强磁场，有什么异同

8、点？③引导学生回忆匀速圆周运动中运动周期与运动速度的关系式，将代入可得　　从周期公式中观察并与半径公式比较，由教师主导总结：与无关让学生由类似①的方式分析与运动电荷的比荷之间的比例关系，再由教师主导学生分析，荷质比相同的不同电荷飞入同一匀强磁场，其运动周期相同让学生回到①同样