高中物理第三章磁场带电粒子在复合场中运动教学设计新人教版选修3_1.doc

高中物理 第三章 磁场 带电粒子在复合场中运动教学设计 新人教版选修3-1【教学目标】 1知道什么是复合场，以及复合场的特点。 2掌握带电粒子在复合场中的运动分析的基本方法和思路。 3了解带电粒子在复合场中运动的一些典型应用。 【教学重点】 粒子在复合场中的运动分析的基本方法和思路。 【教学难点】 粒子在复合场中的运动分析和轨迹的寻找。 【教学方法】探究、讲授、讨论、练习。【教学手段】多媒体教学。【教学用具】 多媒体教学设备、投影仪。 【教学过程】 复习引入问题设计：1、 如何判断一个物体做什么样的运动？ 我们已经知道，质点的运动性质由其初速度以及所受的合外力决定，对带电微粒则有： 师生互动归纳 1当带电粒子在复合场中所受的合外力为零时，微粒将静止或做匀速直线运动； 2当带电粒子在复合场中所受的合外力充当向心力时，微粒将做匀速圆周运动； 3当带电粒子在复合场中所受的合外力不变时，微粒将做匀变速直线运动或做匀变速曲线运动；4当带电微粒所受的合外力的大小、方向均是不断变化的，则微粒将做非匀变速曲线运动。解题思路与方法 为了提高分析能力及解题效率，我们一般按以下思路进行分析： 1正确进行受力分析，除弹力、重力、摩擦力，要特别注意电场力和磁场力的分析； 2正确进行物体的运动状态分析，找出物体的速度、位置及变化，分清运动过程，如果出现临界状态，要分析临界条件； 3恰当选用解决力学问题的三大方法： A牛顿运动定律及运动学公式（只适用于匀变速运动）； B用动量观点分析，即由动量定理和动量守恒定律； C用能量观点分析，包括动能定理和机械能（或能量）守恒定律，应注意不论带电体运动状态如何，洛伦兹力永远不做功。应首选能量观点和动量观点进行分析。 教师讲解强调：对在复合场中运动的带电体进行正确受力分析 1受力分析的顺序：先场力（包括重力、电场力、磁场力），后弹力，再摩擦力等。 2重力、电场力与物体运动速度无关，但洛伦兹力的大小与粒子速度有关，方向还与电荷的性质有关，所以必须充分注意到这一点来正确分析其受力情况，从而正确确定物体的运动情况。 3一般情况下，电子、质子、离子等微观粒子在复合场中受的重力远小于电场力、磁场力，因而重力可忽略不计，如果有具体数据，可通过比较确定是否考虑重力，有时还需由题设条件来确定是否计算重力。 实例应用 例1空间存在相互垂直的匀强电场E和匀强磁场B，其方向如图1所示。一质子以初速度v0垂直于电场和磁场射入，则粒子在场中的运动情况可能是（    ）  A匀速直线运动           B匀速圆周运动 C匀变速曲线运动         D变加速曲线运动 解题要点：分两种初始条件（eE = eBv0和eE eBv0）作过程讨论（答案：A、D）应用：如果上面的叠加场右边有平行E的直线边界，当所加磁场B1时，导致质子越过场区时顺着E的方向发生了d的位移，而且射出时的速率为2v0。而当磁场变为B2时，质子越过场区时逆着E的方向发生了的位移，求这时质子射出的速率。解题要点：两次应用动能定理，注意洛伦兹力不做功。（答案：）【例题2】如图所示，长均为d的两正对平行金属板MN、PQ水平放置，板间距离为2d，板间有正交的匀强电场和匀强磁场，一带电粒子从MP的中点O垂直于电场和磁场方向以v0射入，恰沿直线从NQ的中点A射出；若撤去电场，则粒子从M点射出（粒子重力不计）。以下说法正确的是A该粒子带正电B该粒子带正电、负电均可C若撤去磁场，则粒子射出时的速度大小为2 v0D若撤去磁场，则粒子射出时的速度大小为v0 试题分析：若撤去电场，则粒子从M点射出，根据左手定则知粒子应带正电荷，故A正确，B错误；设粒子的质量为m，带电量为q，粒子射入电磁场时的速度为v 0 ，则粒子沿直线通过场区时：Bqv 0 =Eq撤去电场后，在洛仑兹力的作用下，粒子做圆周运动，由几何知识知r=d/2；洛仑兹力提供向心力： 撤去磁场，粒子做类平抛运动，设粒子的加速庶a，穿越电场所用时间为t，则有：Eq=may= at 2 ； d=v 0 t由联立解得：y=d；设末速度为v，由动能定理知： 解得： ，故C错误，D正确；故选：AD 拓展：考查速度选择器的单向性。 【例题3】质量为m带电量为q的小球套在竖直放置的绝缘杆上，球与杆间的动摩擦因数为。匀强电场和匀强磁场的方向如图2所示，电场强度为E，磁感应强度为B。小球由静止释放后沿杆下滑。设杆足够长，电场和磁场也足够大，求运动过程中小球的最大加速度和最大速度。 拓展：如果将电场反向，小球将做何种运动？试题分析：当电场力等于洛伦兹力时，绝缘杆对小球的支持力等于0，故此时滑动摩擦力等于0，则物体所受的合外力等于物体的重力，此时物体的加速度最大，故物体最大的加速度a=g；当物体匀速运动时，物体的加速度为0，此时物体的速度最大，且物体所受的滑动摩擦力等于物体所受的重力即：mg=F N ，而此时qvB-Eq=F N ，即qvB-Eq= mgmgqB 解得物体的最大速度v= +答：在运动过程中小球的最大加速度为g；最大速度为 当堂检测：如图甲所示,在矩形ABCD区域内,对角线BD以上的区域存在平行于AD向下的匀强电场,对角线BD以下的区域存在垂直于纸面的匀强磁场(图中未标出),矩形AD边长为L,AB边长为2L.一个质量为m、电荷量为+q的带电粒子(重力不计)以初速度v0从A点沿AB方向进入电场,在对角线BD的中点P处进入磁场,并从DC边上以垂直于DC边的速度离开磁场(图中未画出),求：(1)电场强度E的大小和带电粒子经过P点时速度v的大小和方向.(2)磁场的磁感应强度B的大小和方向课堂小结 处理带电粒子在复合场中运动问题的思路：处理带电质点在三场中运动的问题，首先应该对质点进行受力分析，依据力和运动的关系确定运动的形式。若质点做匀变速运动，往往既可以用牛顿运动定律和运动学公式求解，也可以用能量关系求解。若质点做非匀变速运动，往往需要用能量关系求解。应用能量关系求解时，要特别注意各力做功的特点以及重力、电场力做功分别与重力势能和电势能变化的关系。 作业布置课后练习5