3.6带电粒子在匀强磁场中的运动学案.docx

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1、3.6带电粒子在匀强磁场中的运动学案带电粒子在匀强磁场中的运动教学反思 带电粒子在匀强磁场中的运动教学反思 带电粒子在磁场中的运动是本章的重点内容，也是历来高考常考的重要内容！本节内容包括两部分：一、带电粒子在匀强磁场中的运动。二、带电粒子在匀强磁场中的运动的实际应用质谱仪和回旋加速器。并且本节内容和以前的力学学问紧密结合，综合性较强，构成教学的难点。 在本节课的落实上，我采纳了详细如下的实施。1.针对学生基础比较薄弱的实际状况，以复习洛伦兹力的大小和方向推断作为引子，引入新课，提出：“带电粒子在匀强磁场中将做什么运动？”。从易到难，为学生学习本节课打基础、做铺垫。其中在复习公式上，采纳了学生

2、上黑板板书的措施落实复习回顾。2.有了必备的学问和方法作为基础，让学生先从力和运动的分析方法入手，结合课本与试验视频，让学生知道带电粒子垂直于磁场方向的运动轨迹是个圆，并且是匀速圆周运动，然后我指明带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的条件，进而让学生在老师的指引下能用学过的力学方法逐步的推导其运动半径和周期。其中推导做圆周运动的半径和周期公式时，我让两名推导过程比较规范的学生上黑板板书与讲解的措施。这样，既能熬炼讲解的学生的逻辑思维的实力和语言的表达实力，也能把学生之间的思维拉近，便于理解，之后通过相关的达标训练予以练习巩固；达到分解难点、消化重点的目的。 第六节带电粒子在匀强磁场中的运动 第六节

3、带电粒子在匀强磁场中的运动 一、教学目标 （一）学问与技能 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直时，粒子在匀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，并会用它们解答有关问题.知道质谱仪的工作原理。 4、知道回旋加速器的基本构造、工作原理、及用途。 （二）过程与方法 通过综合运用力学学问、电磁学学问解决带电粒子在复合场（电场、磁场）中的问题. 培育学生的分析推理实力. （三）情感看法与价值观 通过对本节的学习，充分了解科技的巨大威力，体会科技的创新历程。 二、重点与难点： 重点：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运

4、动的半径和周期公式，并能用来分析有关问题. 难点：1.粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动. 2.综合运用力学学问、电磁学学问解决带电粒子在复合场中的问题. 三、教具：洛伦兹力演示仪、感应线圈、电源、多媒体等 四、教学过程： （一）复习引入 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肯定受洛伦兹力？不肯定，洛伦兹力的计算公式为F=qvBsin，为电荷运动方向与磁场方向的夹角，当=90时，F=qvB;当=0时，F=0.问题3带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时会做什么运动呢？今日我们来学习带电粒子在匀强磁场中的运动、质谱仪. （二）新课讲解-第六节、带电粒子在匀强磁场中的

5、运动【演示】先介绍洛伦兹力演示仪的工作原理，由电子枪发出的电子射线可以使管内的低压水银蒸气发出辉光，显示出电子的径迹。后进行试验.（并说明相关问题104-105页）老师进行演示试验.试验现象在暗室中可以清晰地看到，在没有磁场作用时，电子的径迹是直线；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.老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，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动.带电粒子垂直进入匀强磁场中的受力及运动状况分析（动态课件）.一是要明确所探讨的物理现象的条件-在匀强磁场中垂直于磁场方向运动的带电粒子。二是分析带电粒子的受力状况，用

6、左手定则明确带电粒子初速度与所受到的洛伦兹力在同一平面内，所以只可能做平面运动。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。四是依据牛顿其次定律，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.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.）.洛伦兹力对电子的运动有什么作用？（.洛伦兹力只变更速度的方向，不变更速度的大小）.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）.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

7、轨迹：沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，粒子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. 【留意】带电粒子做圆周运动的向心力由洛伦兹力供应。通过“思索与探讨”（105页），使学生理解带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，的轨道半径r和周期T与粒子所带电量、质量、粒子的速度、磁感应强度有什么关系。出示投影一为带电量q，质量为m,速度为v的带电粒子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其半径r和周期T为多大？问题1什么力给带电粒子做圆周运动供应向心力？洛伦兹力给带电粒子做圆周运动供应向心力问题2向心力的计算公式是什么？F=mv2/r老师推导粒子做匀速圆周运动所需的向心力F=m是由粒子

8、所受的洛伦兹力供应的，所以qvB=mv2/r由此得出r=T=可得T=（2）、轨道半径和周期 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径及周期公式.1、轨道半径r=2、周期T=2m/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.【探讨】：在匀强磁场中假如带电粒子的运动方向不和磁感应强度方向垂直，它的运动轨道是什么样的曲线？分析：当带电粒子的速度分别为垂直于B的重量v1和平行于B的重量v2，因为v1和B垂直，受到洛伦兹力qv1B，此力使粒子q在垂直于B的平面内做匀速圆周运动，v1和B平行，不受洛伦兹力，故粒子在沿B方向上

9、做匀速曲线运动，可见粒子的运动是一等距螺旋运动.再用洛伦兹力演示仪演示 出示投影课本例题如图所示，一质量为m，电荷量为q的粒子从容器A下方小孔S1飘入电势差为U的加速电场，然后让粒子垂直进入磁感应强度为B的磁场中，最终打究竟片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S1区做初速度为零的匀加速直线运动.由动能定理知，粒子在电场中得到的动能等于电场对它所做的功，即由此可得v=.（2）粒子做匀速圆周运动所需的向心力是由粒子所受的洛伦兹力供应，即qvB=m所以粒子的轨道半径为r=mv/qB=老师讲解r和进入磁场的速度无关，进入同一磁场时，r，而且这些个量中

10、，u、B、r可以干脆测量，那么，我们可以用装置来测量比荷或算出质量。例题在处理上，可以让学生自己处理，老师引导总结。为了加深对带电粒子在磁场中的运动规律的理解，可以补充例题和适量的练习。留意：在解决这类问题时，如何确定圆心、画出粒子的运动轨迹、半径及圆心角，找出几何关系是解题的关键。 例题给我们展示的是一种非常精密的仪器-质谱仪补充例题:如图所示，半径为r的圆形空间内，存在着垂直于纸面对里的匀强磁场，一个带电粒子（不计重力），从A点以速度v0垂直磁场方向射入磁场中，并从B点射出，已知AOB=120，求该带电粒子在磁场中运动的时间。分析：首先通过已知条件找到所对应的圆心O，画出粒子的运动轨迹并画

11、出几何图形。解：设粒子在磁场中的轨道半径为R，粒子的运动轨迹及几何图形如图所示。粒子在磁场中做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力供应，有qvB=mv2/R由几何关系有：R=rtan60粒子的运动周期T=2R/v0 由图可知=60，得电粒子在磁场中运动的时间t=T/6联立以上各式解得：t=r/3v0 （3）、质谱仪 阅读课文及例题，回答以下问题： 1.试述质谱仪的结构. 2.试述质谱仪的工作原理. 3.什么是同位素？ 4.质谱仪最初是由谁设计的？ 5.试述质谱仪的主要用途.阅读后学生回答：1.质谱仪由静电加速极、速度选择器、偏转磁场、显示屏等组成.2.电荷量相同而质量有微小差别的粒子，它们进入磁场后

12、将沿着不同的半径做圆周运动，打到照相底片不同的地方，在底片上形成若干谱线状的细条，叫质谱线，每一条对应于肯定的质量，从谱线的位置可以知道圆周的半径r，假如再已知带电粒子的电荷量q，就可算出它的质量.3.质子数相同而质量数不同的原子互称为同位素.4.质谱仪最初是由汤姆生的学生阿斯顿设计.5.质谱仪是一种非常精密的仪器，是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具.-（1课时）【过渡语】先从探讨物质微观结构的须要动身提出怎样大量产生高能带电粒子的问题，从而引出早期运用的加速器静电加速器 2回旋加速器 （1）直线加速器 加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电的粒子动能增加，即qU=Ek 直线加速

13、器的多级加速：教材图365所示的是多级加速装置的原理图，由动能定理可知，带电粒子经N级的电场加速后增加的动能，Ek=q（U1+U2+U3+U4+Un） 直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间内制造直线加速器受到肯定的限制。（2）回旋加速器 由美国物理学家劳伦斯于1932年独创。其结构教材图366所示。核心部件为两个D形盒（加匀强磁场）和其间的夹缝（加交变电场）加速原理：通过“思索与探讨”让学生自己分析出带电粒子做匀速圆周运动的周期公式T=2m/qB，明确带电粒子的周期在q、m、B不变的状况下与速度和轨道半径无关，从而理解回旋加速器的原理。 在学生思索之后，可作如下的说明：假如其他因素(q、m

14、、B)不变，则当速率v加大时，由r=mv/qB得知圆运动半径将与v成正比例地增大，因而圆运动周长也将与v成正比例地增大，因此运动一周的时间(周期)仍将保持原值。 最终提到了回旋加速器的效能(可将带电粒子加速，使其动能达到25MeV30MeV)，为狭义相对论埋下了伏笔。老师再进一步归纳各部件的作用：（如图） 磁场的作用：交变电场以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场后，在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，其周期在q、m、B不变的状况下与速度和轨道半径无关，带电粒子每次进入D形盒都运动相等的时间（半个周期）后平行电场方向进入电场加速。电场的作用：回旋加速器的的两个D形盒之间的夹缝区域存在周期性改变的并垂

15、直于两个D形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速。交变电压的作用：为保证交变电场每次经过夹缝时都被加速，使之能量不断提高，须在在夹缝两侧加上跟带电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电压。带电粒子经加速后的最终能量：（运动半径最大为D形盒的半径R） 由R=mv/qB有v=qBR/m所以最终能量为Em=mv2/2=q2B2R2/2m 探讨：要提高带电粒子的最终能量，应实行什么措施？（可由上式分析）例：1989年初，我国投入运行的高能粒子回旋加速器可以把电子的能量加速到2.8GeV;若改用直线加速器加速，设每级的加速电压为U=2.0105V，则须要几级加速？解：设经n级加速,由neU=E有

16、n=E/eU=1.4104（级）（三）对本节要点做简要小结. （四）巩固新课：1、复习本节内容2、做一做（P98） 3、完成“问题与练习”2、4练习，3作业。 带电粒子在电场中的运动学案 1.9带电粒子在电场中的运动课前预习学案一、预习目标1、理解带电粒子在电场中的运动规律，并能分析解决加速和偏转方向的问题2、知道示波管的构造和基本原理二、预习内容1、带电粒子在电场中加速，应用动能定理，即所以2、（1）带电粒子在匀强电场中偏转问题的分析处理方法，类似于平抛运动的分析处理，应用运动的合成和分解的学问。离开电场运动时间。离开电场时的偏转量。离开电场时速度的大小。以及离开电场时的偏转角。（2）若电荷

17、先经电场加速然后进入偏转电场，则y=（U1为加速电压，U2为偏转电压）3、处理带电粒子在匀强电场中运动问题的方法（1）等效法：（2）分解法：带电微粒在匀强电场中偏转这种较困难的曲线运动，可分解成沿初速方向的和沿电场力方向的来分析、处理。三、提出怀疑同学们，通过你的自主学习，你还有哪些怀疑，请把它填在下面的表格中怀疑点怀疑内容 课内探究学案一学习目标通过带电粒子在电场中加速、偏转过程分析，培育学生的分析、推理实力二学习过程1引导学生复习回顾相关学问（1）牛顿其次定律的内容是?（2）动能定理的表达式是?（3）平抛运动的相关学问:12.2、带电粒子的加速提出问题要使带电粒子在电场中只被加速而不变更运

18、动方向该怎么办?学生探究活动：结合相关学问提出设计方案并相互探讨其可行性。学生介绍自己的设计方案。师生互动归纳：方案1。2：。可求得当带电粒子从静止起先被加速时获得的速度为：vt=深化探究：（1）结合牛顿其次定律及动能定理中做功条件（W=Fscos恒力W=Uq任何电场）探讨各方法的好用性。（2）若初速度为v0（不等于零），推导最终的速度表达式。学生活动：思索探讨，列式推导3、带电粒子的偏转老师投影：如图所示，电子以初速度v0垂直于电场线射入匀强电场中问题探讨：（1）分析带电粒子的受力状况。（2）你认为这种状况同哪种运动类似，这种运动的探讨方法是什么?（3）你能类比得到带电粒子在电场中运动的探讨

19、方法吗?学生活动：探讨并回答上述问题：深化探究：如右图所示，设电荷带电荷量为q，平行板长为L，两板间距为d，电势差为U，初速为v0试求：（1）带电粒子在电场中运动的时间t。（2）粒子运动的加速度。（3）粒子受力状况分析。（4）粒子在射出电场时竖直方向上的偏转距离。（5）粒子在离开电场时竖直方向的分速度。（6）粒子在离开电场时的速度大小。（7）粒子在离开电场时的偏转角度。拓展：若带电粒子的初速v0是在电场的电势差U1下加速而来的（从零起先），那么上面的结果又如何呢?（y，）学生活动：结合所学学问，自主分析推导。=arctan与q、m无关。3、示波管的原理出示示波器，老师演示操作光屏上的亮斑及改变

20、。扫描及改变。竖直方向的偏移并调整使之改变。机内供应的正弦电压视察及改变的视察。学生活动：视察示波器的现象。三、反思总结12四、当堂检测1、如图所示，水平安放的A、B两平行板相距h，上板A带正电，现有质量m，带电量为+q的小球，在B板下方距离H处，以初速v0竖直向上从B板小孔进入板间电场，欲使小球刚好能到A板，则A、B间电势差UAB=。2、质子H和粒子He在匀强电场中由静止起先加速，通过相同位移时，它们的动能比为，所用时间比为。3、一个电子以3.2106m/s的初速度沿电场线方向射入匀强电场，在电场中飞行了9.110-7s后起先返回，则匀强电场的场强大小为，电子在匀强电场中从进入到返回原处所通

21、过的路程为。 课后练习与提高 1、粒子和质子以相同速度垂直于电场线进入两平行板间匀强电场中，设都能飞出电场，则它们离开匀强电场时，侧向位移之比y:yH=，动能增量之比=。2、如图所示，水平平行金属板A、B间距为d，带电质点质量为m，电荷量为q，当质点以速率v从两极板中心处于水平飞入两极间，两极不加电压时，恰好从下板边缘飞出，若给A、B两极加一电压U，则恰好从上板边缘飞出，那么所加电压U=。3、如图所示，电子的电荷量为e，质量为m，以v0的速度沿与场强垂直的方向从A点飞入匀强电场，并从另一侧B点沿与场强方向成150角飞出。则A、B两点间的电势差为。 课内探究学案1（1）a=F合/m（留意是F合）

22、（2）W合=Ek=（留意是合力做的功）（3）平抛运动的相关学问2方案1：v0=0，仅受电场力就会做加速运动，可达到目的。方案2：v00，仅受电场力，电场力的方向应同v0同向才能达到加速的目的。3解：由于带电粒子在电场中运动受力仅有电场力（与初速度垂直且恒定），不考虑重力，故带电粒子做类平抛运动。粒子在电场中的运动时间t=加速度a=qU/md竖直方向的偏转距离：y=at2=粒子离开电场时竖直方向的速度为v1=at=速度为：v=粒子离开电场时的偏转角度为：tan=三反思总结1带电粒子的加速功能关系分析：粒子只受电场力作用，动能改变量等于电势能的改变量(初速度为零)；此式适用于一切电场2带电粒子的偏

23、转运动的分析方法(看成类平抛运动)：沿初速度方向做速度为v0的匀速直线运动沿电场力方向做初速度为零的匀加速直线运动四、当堂检测1、2、1：23、2V/m0.29m课后练习与提高1、1：22：12、3、-3eBV0 带电粒子在磁场中的运动 质谱仪 教学目标学问目标1、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度方向垂直时，做匀速圆周运动2、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，并会用它们解答有关问题3、知道质谱仪的工作原理 实力目标通过推理、推断带电粒子在磁场中的运动性质的过程，培育学生严密的逻辑推理实力 情感目标通过学习质谱仪的工作原理，让学生相识先进科技的发展，有助于培育学生对物

24、理的学习爱好 教学建议 教材分析本节重点是探讨带电粒子垂直射入匀强磁场中的运动规律：半径以及周期，通过复习相关力学学问，利用力于运动的关系突破这一重点，须要留意的是：1、确定垂直射入匀强电场中的带电粒子是匀速圆周运动；2、带电粒子的重力通常不考虑。 教法建议由于我们探讨的是带电粒子在磁场中的运动状况，探讨的是磁场力与运动的关系，因此教学起先，须要学生回忆相关的力学学问，为了引导学生分析推导粒子做匀速圆周运动的缘由、规律，老师可以通过试验演示引入，让学生仔细视察试验现象，结合运动和力的关系分析缘由，总结规律，主动思索、探讨例题，对规律加深理解、提高应用实力最终通过例题讲解，加深学问的理解 教学设

25、计方案 带电粒子在磁场中的运动质谱仪 一、素养教化目标 （一）学问教学点 1、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度方向垂直时，做匀速圆周运动 2、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，并会用它们解答有关问题 3、知道质谱仪的工作原理 （二）实力训练点 通过推理、推断带电粒子在磁场中的运动性质的过程，培育学生严密的逻辑推理实力 （三）德育渗透点 通过学习质谱仪的工作原理，理解高科技的巨大力气 （四）美育渗透点 用电子射线管产生的电子做圆周运动的精致图像感染学生，提高学生对物理学图像形式美的审美感受力 二、学法引导 1、老师通过演示试验法引入，复习提问法引导学生分析推导粒子做匀

26、速圆周运动的缘由、规律通过例题讲解，加深理解 2、学生仔细视察试验现象，结合运动和力的关系分析缘由，总结规律，主动思索、探讨例题，对规律加深理解、提高应用实力 三、重点难点疑点及解决方法 1、重点 带电粒子垂直射入匀强磁场中的运动半径和运动周期 2、难点 确定垂直射入匀强磁场中的带电粒子运动是匀速圆周运动 3、疑点 带电粒子的重力通常为什么不考虑？ 4、解决方法 复习力学学问、引导同学利用力与运动的关系分析，探讨带电粒子在磁场中的运动状况。 四、课时支配 1课时 五、教具学具打算 演示用特制的电子射线管。 六、师生互动活动设计 老师先通过演示试验引入，再启发引导学生用力学学问分析缘由，推导规律

27、，通过例题讲解，学生思索和探讨进一步加深对学问的理解，提高学生运用学问解决实际问题的实力。 七、教学步骤 （一）明确目标 （略） （二）整体感知 本节教学首先通过演示试验告知学生，当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动这一结论，然后试着用力与运动的关系分析粒子为什么做匀速圆周运动，再由学生推导带电粒子在磁场中的运动半径和周期，依据力学学问，重点是理解运动半径与磁感应强度、速度的关系；运动周期与粒子速率和运动半径无关 （三）重点、难点的学习与目标完成过程 1、引入新课 上一节我们学习了洛仑兹力的概念，我们知道带电粒子垂直磁场方向运动时，会受到大小，方向始终与速度方

28、向垂直的洛仑兹力作用，今日我们来探讨一下，受洛仑兹力作用的带电粒子是如何运动的？ 2、粒子为什么做匀速圆周的运动？ 首先通过演示试验视察到，当带电粒子的初速度方向与匀强磁场方向垂直时，粒子的运动轨道是圆 在力学中我们学习过，物体作匀速圆周运动的条件是物体所受的合外力大小不变，方向始终与速度方向垂直当带电粒子垂直于匀强磁场方向运动时，通常它的重力可以忽视不计（请同学们探讨），可看作只受洛仑兹力作用，洛仑兹力方向和速度方向在同一个平面内，由于洛仑兹力方向总与速度方向垂直，因而它对带电粒子不做功，依据动能定理可知运动粒子的速度大小不变，再由可知，粒子在运动过程中所受洛仑兹力的大小即合外力的大小不变，

29、依据物体作匀速圆周运动的条件得出带电粒子垂直匀强磁场运动时，作匀速圆周运动 3、粒子运动的轨道半径和周期公式 带电粒子垂直于匀强磁场方向运动时做匀速圆周运动，其向心力等于洛仑兹力，请同学们依据牛顿其次定律，推导带电粒子的运动半径和周期公式 经过推导得出粒子运动半径，运动周期。 运用学过的力学学问理解，当粒子运动速度较大时，粒子要离心运动，其运动半径增大，所以速度大，半径也大；当磁场较强时，运动电荷受洛仑兹力增大，粒子要向心运动，其运动半径减小，所以磁感应强度大，半径小由于带电粒子运动速度大时，其运动半径大，运动轨迹也长，可以理解粒子运动的周期与速度的大小和轨道半径无关为了加深同学们对半径和周期

30、公式的理解，举下面的例题加以练习 例1同一种带电粒子以不同的速度垂直射入匀强磁场中，其运动轨迹如图所示，则可知 （1）带电粒子进入磁场的速度值有几个？ （2）这些速度的大小关系为 （3）三束粒子从O点动身分别到达1、2、3点所用时间关系为 4、质谱仪 首先请同学们阅读课本上例题的分析求解过程，然后组织学生探讨质谱仪的工作原理 （四）总结、扩展 本节课我们学习了带电粒子垂直于匀强磁场运动的状况，经过试验演示和理论分析得出粒子做匀速圆周运动并依据牛顿运动定律得出粒子运动的半径公式和周期公式最终我们探讨了它的一个详细应用质谱仪 但应留意的是假如带电粒子速度方向不是垂直匀强磁场方向时，带电粒子将不再是作匀速圆周运动 八、布置作业 （1）P156（1）（6） 九、板书设计 五、带电粒子在磁场中的运动质谱仪 一、运动轨迹 粒子作匀速圆周运动 二、半径和周期 运动半径： 运动周期： 三、质谱仪 第18页 共18页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页