《帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》學(xué)習(xí)任務(wù)單

《帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》學(xué)習(xí)任務(wù)單學(xué)習(xí)任務(wù)單課程基本信息學(xué)科：高中物理年級(jí)：[具體年級(jí)]學(xué)期：[具體學(xué)期]課題：華東師大版（上海）拓展型課程II第八講帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)生信息姓名：[學(xué)生姓名]學(xué)校：[學(xué)校名稱]班級(jí)：[班級(jí)名稱]學(xué)號(hào)：[具體學(xué)號(hào)]學(xué)習(xí)目標(biāo)目標(biāo)一：能清楚說(shuō)出帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的基本概念，像洛倫茲力啥的。目標(biāo)二：可以準(zhǔn)確描述帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件。目標(biāo)三：會(huì)推導(dǎo)帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式和周期公式。目標(biāo)四：能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決一些關(guān)于帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)單問(wèn)題，就像在磁場(chǎng)里給粒子找個(gè)合適的軌跡那種。目標(biāo)五：能把帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)知識(shí)和生活中的一些現(xiàn)象聯(lián)系起來(lái)，明白它在實(shí)際里有啥用。課前學(xué)習(xí)任務(wù)1、打開教材，仔仔細(xì)細(xì)地閱讀和帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)有關(guān)的章節(jié)內(nèi)容，一邊讀一邊在腦子里面想象粒子跑來(lái)跑去的樣子。2、找個(gè)小本子，把讀教材的時(shí)候遇到的那些不懂的詞兒，像洛倫茲力這些，都記下來(lái)，就像收集小怪獸一樣。課上學(xué)習(xí)任務(wù)一、趣味引入同學(xué)們，咱們先來(lái)講個(gè)小故事。我有一次去科技館，看到一個(gè)特別神奇的裝置。那里面有一些小顆粒，在一個(gè)透明的盒子里，就像一群小精靈在跳舞。我就特別好奇，這些小顆粒為啥能這么有規(guī)律地動(dòng)呢？后來(lái)我才知道，原來(lái)是磁場(chǎng)在搗鬼，那些小顆粒就是帶電粒子，磁場(chǎng)就像一個(gè)神秘的魔法場(chǎng)，控制著它們的運(yùn)動(dòng)呢。今天咱們就要像小偵探一樣，去探索帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)奧秘。【學(xué)習(xí)任務(wù)一】認(rèn)識(shí)帶電粒子在磁場(chǎng)中的受力1、洛倫茲力的概念-咱們先來(lái)說(shuō)說(shuō)啥是洛倫茲力。大家可以想象，帶電粒子就像一個(gè)個(gè)小電球，磁場(chǎng)呢，就像一片有魔力的海洋。當(dāng)小電球進(jìn)入這個(gè)有魔力的海洋的時(shí)候，就會(huì)受到一種特殊的力，這個(gè)力就是洛倫茲力。那誰(shuí)能猜猜看，這個(gè)力的大小和哪些東西有關(guān)系呢？（互動(dòng)環(huán)節(jié)：讓學(xué)生大膽猜測(cè)，鼓勵(lì)他們發(fā)言）-咱們來(lái)看看正確的答案哈。洛倫茲力的大小和粒子帶的電荷量、粒子運(yùn)動(dòng)的速度、磁場(chǎng)的強(qiáng)度還有它們之間的夾角都有關(guān)系呢。就好比小電球的電量越多、跑得越快、磁場(chǎng)越強(qiáng)，而且小電球運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向夾角越大，受到的洛倫茲力就越大。（這里可以舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，比如一個(gè)帶電粒子帶的電荷量加倍了，其他條件不變，洛倫茲力會(huì)怎么變呢？）2、洛倫茲力的方向-那這個(gè)洛倫茲力的方向又怎么確定呢？這就像在一個(gè)迷宮里找路一樣。我們有一個(gè)特別厲害的工具，叫左手定則。（向?qū)W生展示左手定則的手勢(shì)）大家伸出左手，讓磁感線穿過(guò)手心，四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向（如果是負(fù)電荷，就指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向哦），大拇指指的方向就是洛倫茲力的方向啦。咱們一起做幾個(gè)小練習(xí)，來(lái)熟悉一下左手定則。-練習(xí)：有一個(gè)正電荷，它在磁場(chǎng)中向右運(yùn)動(dòng)，磁場(chǎng)方向是垂直紙面向里的，那這個(gè)正電荷受到的洛倫茲力方向是哪兒呢？（讓學(xué)生動(dòng)手做，然后請(qǐng)一個(gè)學(xué)生到黑板上做，其他學(xué)生在下面做，做完后進(jìn)行點(diǎn)評(píng)）【學(xué)習(xí)任務(wù)二】帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件1、條件探索-現(xiàn)在咱們來(lái)探索一下帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件。想象一下，帶電粒子在磁場(chǎng)里就像一個(gè)小衛(wèi)星繞著地球轉(zhuǎn)一樣。首先，粒子得帶電，這是肯定的，不然就不受洛倫茲力了。然后呢，這個(gè)洛倫茲力得一直垂直于粒子的速度方向。為啥呢？因?yàn)槿绻Σ淮怪庇谒俣确较?，粒子就不能做圓周運(yùn)動(dòng)啦，就會(huì)像個(gè)喝醉的小蟲子一樣亂晃悠。（可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的畫圖來(lái)表示力垂直于速度方向時(shí)粒子做圓周運(yùn)動(dòng)，不垂直時(shí)粒子做曲線運(yùn)動(dòng)）-那還有沒(méi)有其他條件呢？對(duì)啦，磁場(chǎng)得是均勻的，要是磁場(chǎng)一會(huì)兒強(qiáng)一會(huì)兒弱，粒子的運(yùn)動(dòng)就會(huì)變得很復(fù)雜，就不是咱們現(xiàn)在研究的這種簡(jiǎn)單的勻速圓周運(yùn)動(dòng)了。2、小組討論-現(xiàn)在咱們分組討論一下，如果一個(gè)帶電粒子進(jìn)入了不均勻的磁場(chǎng)，它的運(yùn)動(dòng)會(huì)變成啥樣呢？（分組討論，每組4-5人，討論5分鐘，然后每個(gè)小組派一個(gè)代表發(fā)言）【學(xué)習(xí)任務(wù)三】推導(dǎo)半徑公式和周期公式1、半徑公式推導(dǎo)-咱們現(xiàn)在要像小數(shù)學(xué)家一樣推導(dǎo)帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式啦。大家看，因?yàn)槁鍌惼澚μ峁┝肆Ｗ幼鰣A周運(yùn)動(dòng)的向心力，根據(jù)向心力公式F=m\frac{v^{2}}{r}（這里的F就是洛倫茲力，m是粒子質(zhì)量，v是粒子速度，r是圓周運(yùn)動(dòng)的半徑），洛倫茲力的公式是F=qvB（q是粒子電荷量，B是磁場(chǎng)強(qiáng)度），把這兩個(gè)公式聯(lián)立起來(lái)，就可以得到半徑公式r=\frac{mv}{qB}啦。大家跟著我一步一步推導(dǎo)一下，看看能不能跟上呢？（在黑板上慢慢推導(dǎo)，邊推導(dǎo)邊解釋每一步的意義，推導(dǎo)完后問(wèn)學(xué)生有沒(méi)有不懂的地方）2、周期公式推導(dǎo)-接下來(lái)推導(dǎo)周期公式。周期就是粒子轉(zhuǎn)一圈所用的時(shí)間。我們知道圓的周長(zhǎng)是C=2\pir，粒子的速度是v，根據(jù)t=\frac{C}{v}，把半徑公式r=\frac{mv}{qB}代入，就可以得到周期公式T=\frac{2\pim}{qB}啦。這就像我們知道了小衛(wèi)星繞地球一圈的路程和速度，就能算出它繞一圈需要多長(zhǎng)時(shí)間一樣?！緦W(xué)習(xí)任務(wù)四】解決簡(jiǎn)單問(wèn)題1、軌跡問(wèn)題-咱們來(lái)做個(gè)小練習(xí)。有一個(gè)帶電粒子，電荷量是q，質(zhì)量是m，以速度v垂直進(jìn)入一個(gè)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，那這個(gè)粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡是啥樣的呢？（讓學(xué)生思考并回答，然后在黑板上畫出軌跡）2、多粒子問(wèn)題-現(xiàn)在難度升級(jí)啦。有兩個(gè)帶電粒子，一個(gè)電荷量是q1，質(zhì)量是m1，速度是v1；另一個(gè)電荷量是q2，質(zhì)量是m2，速度是v2，它們同時(shí)垂直進(jìn)入同一個(gè)磁場(chǎng)，那它們的運(yùn)動(dòng)軌跡有啥不同呢？（可以引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)半徑公式和周期公式來(lái)分析，鼓勵(lì)學(xué)生之間互相討論，然后請(qǐng)幾個(gè)學(xué)生分享他們的想法）總結(jié)提升：好啦，同學(xué)們，今天咱們就像探險(xiǎn)家一樣在帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)這個(gè)神秘世界里探索了一番。咱們知道了洛倫茲力，也知道了帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件，還推導(dǎo)了半徑公式和周期公式，最后還解決了一些小問(wèn)題。那大家現(xiàn)在閉上眼睛，在腦子里面把今天學(xué)的東西過(guò)一遍，就像放電影一樣，看看有沒(méi)有哪個(gè)地方還不太明白的。課堂習(xí)題：【練習(xí)1】一個(gè)帶電粒子的電荷量為+2e（e是元電荷），質(zhì)量為m，以速度v垂直進(jìn)入一個(gè)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，求這個(gè)粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑。（答案：根據(jù)半徑公式r=\frac{mv}{qB}，把q=2e代入，得到r=\frac{mv}{2eB}）【練習(xí)2】有兩個(gè)帶電粒子A和B，A的電荷量是+q，質(zhì)量是m，速度是v；B的電荷量是+2q，質(zhì)量是2m，它們垂直進(jìn)入同一個(gè)磁場(chǎng)。比較它們的運(yùn)動(dòng)半徑和周期。（答案：根據(jù)半徑公式r=\frac{mv}{qB}，A粒子的半徑r_{A}=\frac{mv}{qB}，B粒子的半徑r_{B}=\frac{2m\timesv}{2qB}=\frac{mv}{qB}，所以r_{A}=r_{B}；根據(jù)周期公式T=\frac{2\pim}{qB}，A粒子的周期T_{A}=\frac{2\pim}{qB}，B粒子的周期T_{B}=\fr