高中物理新课标人教版选修3-1优秀教案：带电粒子在匀强磁场中的运动

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1、教学设计(二)整体设计教学目标1.知识与技能(1)理解洛伦兹力对粒子不做功。(2)理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂肓时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。(3)会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，知道它们与哪些因素有关，并会用它们解答有关问题。(4)知道质谱仪的工作原理。知道回旋加速器的基本构造、工作原理及用途。2.过程与方法通过综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在复合场(电场、磁场)中的问题，培养学牛的分析推理能力。3•情感、态度与价值观通过木节知识的学习，充分了解科技的巨大威力，体会科技的创新与应用历程。教学重点难点

2、垂点：带电粒了在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期公式，并能用來分析冇关问题。难点：带电粒子在匀强磁场中的受力分析及运动径迹。教学方法实验观察法、讲述法、分析推理法。教学用具洛伦兹力演示仪、电源、投影仪、投彫片、多媒体辅助教学设备。教学过程导入新课［问题1］什么是洛伦兹力？［磁场对运动电荷的作用力］［问题2］带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？［不一定，洛伦兹力的计算公式为F=qvBsinO,0为电荷运动方向与磁场方向的夹角，当0=90°时，F=qvB；当0=0°时，F=0。］［问题3］带电粒了垂肓磁场方向进入匀强磁场时会做什么运动呢？今天我们来学习——带

3、电粒子在匀强磁场中的运动、质谱仪。推进新课【演示】先介绍洛伦兹力演示仪的工作原理，由电了枪发出的电了射线町以使管内的低压水银蒸气发岀解光，显示出电子的径迹。后进行实验。教师进行演示实验。［实验现象］在暗室中可以清楚地看到，在没冇磁场作用时，电了的径迹是直线；在管外加上匀强磁场(这个磁场是由两个平行的通电环形线圈产生的)，电子的径迹变弯曲成圆形。［教师引导学生分析得出结论］当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时，粒子在匀强磁场111做匀速圆周运动。带电粒子垂直进入匀强磁场中的受力及运动情况分析(动态课件)。一是要明确所研究的物理现象的条件——在匀强磁场中垂直于

4、磁场方向运动的带电粒子；二是分析带电粒子的受力情况，用左手定则明确帯电粒子初速度与所受到的洛伦兹力在同一平面内，所以只可能做平血运动；三是洛伦兹力不对运动的带电粒子做功，它的速率不变，同时洛伦兹力的大小也不变；四是根据牛顿第二定律，洛伦兹力使运动的带电粒子产生加速度（向心加速度）。［出示投影］①电子受到怎样的力的作用？这个力和电子的速度的关系是怎样的？（电子受到垂直于速度方向的洛伦兹力的作用）②洛伦兹力对电子的运动冇什么作用？（洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小）③有没有其他力作用使电子离开磁场方向垂直的平面？（没有力作用使电子离开磁场方向垂直的平面

5、）④洛伦兹力做功吗？（洛伦兹力对运动电荷不做功）1.带电粒子在匀强磁场中的运动（1）运动轨迹：沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，粒了在垂直磁场方向的平面内做匀速圆周运动，此洛伦兹力不做功。【注意】带电粒子做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供。通过“思考与讨论”，使学牛理解带电粒子在匀强磁场屮做匀速圆周运动的轨道半径r和周期T与粒了所带电荷罐、质量、粒了的速度、磁感应强度有什么关系。［出示投影］一带电量为q,质量为m,速度为v的帯电粒子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其半径I•和周期T为多大？［问题1］什么力给带电粒子做圆周运动提供向心力？［洛伦兹力给带

6、电粒子做圆周运动提供向心力］［问题2］向心力的计算公式是什么？［F=mv2/r］2［教师推导］粒了做匀速闘周运动所需的向心力F=m十是由粒子所受的洛伦兹力提供的，所以qvB=mv2/r,由此得出尸器*警=縉,可得T=（2）轨道半径和周期帯电粒了在匀强磁场屮做匀速圆周运动的轨道半径及周期公式。①轨道半径「=牯②周期T=27tm/qB【说明】（1）轨道半径和粒子的运动速率成正比。（2）带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期跟轨道半径和运动速率无关。【讨论】在匀强磁场屮如果带电粒子的运动方向不与磁感应强度方向垂直，它的运动轨迹是什么样的曲线？分析：当带电粒了的速度分

7、别为垂直于B的分虽Vl和平行于B的分量v2,因为v,和B垂肓，受到洛伦兹力qviB,此力使粒子q在垂直于B的平面内做匀速圆周运动，v?和B平行,不受洛伦兹力,故粒了在沿B方向上做匀速直线运动,可见粒了的合运动是一等距螺旋运动。再用洛伦兹力演示仪演示［出示投影课木例题］如图所示，一质量为m,电荷量为q的粒子从容器A下方小孔S］飘入电势差为U的加速电场，然后让粒了垂直进入磁感应强度为B的磁场中，最后打到底片D上。(1)粒子进入磁场时的速率。(2)求粒子在磁场中运动的轨道半径。解：(1)粒子在J区做初速度为零的匀加速自线运动.山动能定理知，粒子在电场中得到的动能等

8、于电场对它所做的功，U

9、J^mv2=qU由此口丿得2