《带电粒子在磁场中的运动》教学设计VIP专享VIP免费

《带电粒子在磁场中的运动》教学设计教学目标一、知识目标：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．二、能力目标：在培养学生能力方面，通过引导学生由洛仑兹力对运动电荷的作用力的分析，逐步得出带电粒子在磁场中的运动规律，以及通过让学生推导半径公式、周期公式等教学过程，培养学生的迁移能力，体会如何用已学知识来探讨研究新问题。三、德育目标：通过学习质谱仪的工作原理，让学生认识先进科技的发展，有助于培养学生对物理的学习兴趣．重难点分析1.分析运动电荷在匀强磁场中作匀速圆周运动时，要抓住几个关键：一是洛伦兹力的特点：洛伦兹力在方向上的特点是既垂直于磁场又垂直于速度；在本节中只讨论速度方向和磁场方向垂直的情况，这些要让学生建立一个空间的情景。由于高中力学的学习一般的物理量都在同一平面上，因此取电荷的运动速度与洛伦兹力所决定的平面，磁场与这个平面垂直。洛伦兹力在大小上的特点是决定于Bqv。B、q一定时，仅决定于速度。由于洛伦兹力总是与速度垂直，因此洛伦兹力在功能上的特点是不做功，因此运动电荷的速率不变，这样洛伦兹力就是一个大小不变，方向总是改变（又总是与速度垂直）的力。第二是物体受到切向力作用时，会改变速度的大小，受到法向力作用时，会改变运动的方向，如果只受到大小一定的法向力，具有切线速度的物体有条件做匀速圆周运动。运动电荷在磁场中所受到的洛伦兹力就是法向力，因此运动电荷垂直于磁场方向射入磁场时，只能做匀速圆周运动。2.由Bqv＝m得出r＝和T＝后，可以做一下定性的分析。v、m一定时，B、q增大会使向心力增大，向心加速度增大，使得半径r减小。v、B、q一定时，m减小会使向心加速度增大，使得半径r增大。B、q、m一定时，由式，可知，v增大，r也会增大。对周期公式知，B、q增大，m减小都会使向心加速度增大，使得电荷转动加快，即周期减小。周期与速度、半径无关可以这样理解：速度增大时，半径也会增大，也就是电荷所走的路程加大，走完一周所用的时间可以不变。3.讲述质谱仪时，根据学生的情况，可以补充以下知识：如果运动电荷在有界磁场中不能运动一个整圆，那么，运动电荷在磁场中的这段圆弧也是有一定的规律。见图示，速度偏转角与圆心角相等，等于速度与磁场边界夹角的2倍。当运动电荷垂直于磁场边界射入时，一定垂直于边界射出，在磁场中转过180°。教材分析与教学建议本节主要是介绍洛仑兹力的应用。洛仑兹力在各方面有广泛的应用。从定性方面多介绍一些洛仑兹力的应用对开阔学生思路很有好处，如：电视显像管中的磁偏转；磁流体发电；磁场引起的生物学效应；医疗上应用的磁疗等。在现代科学技术中广泛利用洛仑兹力来控制带电粒子的运动，由于一般情况下带电粒子在磁场中的运动比较复杂，教材只定量讨论了带电粒子速度方向垂直于匀强磁场时的特例。教材对带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的分析、讨论比较详细，所需要的知识学生都已学过，我们可考虑让学生通过自学、讨论的方式来掌握教材内容，这有利于培养学生独立思考能力。带电粒子做圆周运动的演示实验效果很好。要注意让学生看清楚，若实验效果不好，可以采用实验录像或课件让学生观察、思考。为了引导学生深入理解教材内容，可提出一些问题供学生思考、讨论，如：为什么粒子的运动轨迹是圆弧、怎样用实验来验证?为什么说粒子做匀速圆周运动?怎样推导粒子运动轨道的半径公式和粒子做匀速圆周运动的周期公式?轨道半径与什么因素有关?怎样理解m、v、q、B对轨道半径的影响?怎样理解周期与粒子速度和半径无关?有的学生只看到带电粒子垂直进入匀强电场和匀强磁场的瞬时所受电场力和洛仑兹力的方向都与速度垂直，在匀强电场中粒子做抛物线运动，θθ2θ2θθθ2θ图12θ从而认为粒子在匀强磁场中也做抛物线运动。特别是当带电粒子通过一定范围的匀强磁场沿一段圆弧运动而不是沿整个圆周运动时，学生更不清楚粒子也是做匀速圆运动的。我们可引导学生对比两者的差别，让学生注意到带电粒子垂...