人教版(新教材)高中物理選擇性必修2教學(xué)設(shè)計(jì)2：1 3 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)教案

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊(cè)PAGEPAGE11.3帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)〖教材分析〗帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)是高考經(jīng)?？疾榈膬?nèi)容之一，教材采用了實(shí)驗(yàn)探究加理論分析與推導(dǎo)的方式進(jìn)行教學(xué)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)把抽象化為形象，帶著得到的感性材料，再進(jìn)行理論分析，讓學(xué)生在這一學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)理論與實(shí)踐相結(jié)合的研究方法有所體會(huì)，并且在學(xué)習(xí)過(guò)程中嘗到成功的喜悅?！冀虒W(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)〗物理觀念：觀察洛倫茲力作用下的圓周運(yùn)動(dòng)，體會(huì)洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響?？茖W(xué)思維：通過(guò)圓周運(yùn)動(dòng)半徑、周期公式的推導(dǎo)，析帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡，體會(huì)數(shù)學(xué)方法在物理中的重要作用?？茖W(xué)探究：采用洛倫茲力演示儀，通過(guò)控制變量法，研究影響電子束運(yùn)動(dòng)軌跡的因素?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：借助數(shù)學(xué)方法解決物理問(wèn)題的過(guò)程，感悟科學(xué)推理的重要意義?！冀虒W(xué)重難點(diǎn)〗教學(xué)重點(diǎn)：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)的受力分析及運(yùn)動(dòng)徑跡。教學(xué)難點(diǎn)：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)的受力分析及運(yùn)動(dòng)徑跡?！冀虒W(xué)準(zhǔn)備〗多媒體課件、洛倫茲力演示儀等。〖教學(xué)過(guò)程〗一、新課引入在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中，常常要研究帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。如果沿著與磁場(chǎng)垂直的方向發(fā)射一束帶電粒子，請(qǐng)猜想這束粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)徑跡，你猜想的依據(jù)是什么?二、新課教學(xué)（一）帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)對(duì)粒子進(jìn)行受力情況，受到洛倫茲力的作用且方向與帶電粒子初速度的方向垂直，所以洛倫茲力只改變粒子速度的方向，不改變粒子速度的大小，洛倫茲力對(duì)粒子起到了向心力的作用。所以，沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)的帶電粒子，即：結(jié)論：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。思考與討論：垂直射入磁場(chǎng)的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，圓周的半徑可能與哪些因素有關(guān)?周期可能與哪些因素有關(guān)?（二）帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期洛倫茲力提供了它做勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心力，即F洛=F向設(shè)帶電粒子質(zhì)量為m，電荷量為q，運(yùn)動(dòng)速度為v。磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。洛倫茲力大小qvB，向心力表達(dá)式選用meq\f(v2,r)，則qvB=meq\f(v2,r)先約分再整理一下，半徑r=eq\f(mv,qB)從這個(gè)結(jié)果可以看出，粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與它的質(zhì)量、速度成正比，與電荷量、磁感應(yīng)強(qiáng)度成反比。那么它的周期式子怎么樣的呢？這里我們先觀察觀察帶電粒子的運(yùn)動(dòng)徑跡。先看這樣的一個(gè)實(shí)驗(yàn)。（全部用演示儀演示給學(xué)生看）這一個(gè)洛倫茲力演示儀，這個(gè)是它的結(jié)構(gòu)圖。它主要由玻璃泡和電子槍、勵(lì)磁線圈等部分組成。線圈有電流通過(guò)時(shí)內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，可以看作勻強(qiáng)磁場(chǎng),方向與紙面垂直。給電子槍加上足夠高的電壓,電子會(huì)沿著與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直的方向射了出來(lái)。適當(dāng)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)弱，咱就能看到電子束軌跡彎曲成一個(gè)圓。為什么會(huì)產(chǎn)生這樣的結(jié)果呢？不加磁場(chǎng)時(shí)觀察電子束的徑跡。觀察的結(jié)果是一條直線。給勵(lì)磁線圈通電，在玻璃泡中產(chǎn)生沿兩線圏中心連線方向、由紙內(nèi)指向讀者的磁場(chǎng)，觀察電子束的徑跡。圓周運(yùn)動(dòng)。保持出射電子的速度不變，改變磁感應(yīng)強(qiáng)度，觀察電子束徑跡的變化。徑跡的半徑減少。保持磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，改變出射電子的速度，觀察電子束徑跡的變化。徑跡的半徑增加。通過(guò)圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)計(jì)算它的周期。周期T=eq\f(2πr,v)這里的r=eq\f(mv,qB)剛才算過(guò)了，將它代入。約分得T=eq\f(2πm,Bq)從這個(gè)公式可以看出周期由磁場(chǎng)和粒子的荷質(zhì)比決定，而與粒子的速度和軌道半徑?jīng)]有關(guān)系。課本例題一個(gè)質(zhì)量為1.67×10-27kg電荷量為1.6×10-l9C的帶電粒子，以5×105m/s的初速度沿與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。求：粒子所受的重力和洛倫茲力的大小之比；粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑（3）粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期。分析：依據(jù)所給數(shù)據(jù)分別計(jì)算出帶電粒子所受的重力和洛倫茲力，就可求出所受重力與洛倫茲力之比。帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受洛倫茲力并做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由此可以求出粒子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑及周期。解：（1）粒子所受的重力G=mg=1.67×10-27kg×9.8N=1.64×10-26N所受的洛倫茲力F=qvB=1.6×10-19×5×105×0.2N=1.6×10-14N重力與洛倫茲力之比eq\f(G,F)=eq\f(1.64×10-26,1.6×10-14)=1.03×10-12可見，帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，洛倫茲力遠(yuǎn)大于重力，重力作用的影響可以忽略。（2）帶電粒子所受的洛倫茲力為F=qvB洛倫茲力提供向心力，故qvB=meq\f(v2,r)由此得到粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r=eq\f(mv,qB)=eq\f(1.67×10-27×5×105,1.6×10-19×0.2)m=2.61×10-2m（3）粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T＝eq\f(2πr,v)＝eq\f(2πm,Bq)=eq\f(2×3.14×1.67×10-27,1.6×10-19×0.2)s=3.28×10-7s課堂練習(xí)例1：電子以1.6×106m/s的速度沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入B＝2.0×10-4T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。求電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑和周期。解：洛倫茲力提供向心力，首先列：qvB=meq\f(v2,r)，先約分再整理一下，半徑r=eq\f(mv,qB)。代入數(shù)據(jù)得r=4.55×10-2m。周期T=eq\f(2πr,v)，將r代入，約分得T=eq\f(2πm,Bq)代入數(shù)據(jù)得T=1.76×10-6s?！及鍟O(shè)計(jì)〗1.3帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1.勻速直線運(yùn)動(dòng)（v//B）2.勻速圓周運(yùn)動(dòng)（v⊥B）r＝eq\f(mv,qB)T