2024-2025版高中物理 第三章 磁場(chǎng) 微型專(zhuān)題8 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì) 新人教版選修3-1

2024-2025版高中物理第三章磁場(chǎng)微型專(zhuān)題8帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)新人教版選修3-1課題：科目：班級(jí)：課時(shí)：計(jì)劃1課時(shí)教師：?jiǎn)挝唬阂弧⒔虒W(xué)內(nèi)容教材章節(jié)：第三章磁場(chǎng)微型專(zhuān)題8帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

內(nèi)容：本節(jié)課主要講解帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，包括洛倫茲力的計(jì)算、粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡、周期和速度等。通過(guò)實(shí)例分析，讓學(xué)生掌握帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，并能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。二、核心素養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題的能力，提高科學(xué)思維水平。通過(guò)分析帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)化學(xué)生的模型建構(gòu)、科學(xué)推理、實(shí)驗(yàn)探究和科學(xué)論證等核心素養(yǎng)。同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象的好奇心和學(xué)習(xí)熱情，提升科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。三、學(xué)習(xí)者分析1.學(xué)生已經(jīng)掌握了哪些相關(guān)知識(shí)：學(xué)生在本節(jié)課前應(yīng)已具備力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，如牛頓運(yùn)動(dòng)定律、功和能的概念，以及電磁學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，包括電場(chǎng)和磁場(chǎng)的定義、電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的基本性質(zhì)。此外，學(xué)生應(yīng)熟悉運(yùn)動(dòng)學(xué)的基本公式和曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的基本概念。

2.學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格：高中學(xué)生對(duì)物理學(xué)科普遍持有較高的興趣，尤其在探索自然現(xiàn)象和科學(xué)原理方面。學(xué)生具備較強(qiáng)的抽象思維能力，能夠通過(guò)邏輯推理和數(shù)學(xué)運(yùn)算解決物理問(wèn)題。學(xué)習(xí)風(fēng)格上，部分學(xué)生可能更傾向于通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察來(lái)理解物理現(xiàn)象，而另一些學(xué)生則更偏好通過(guò)數(shù)學(xué)建模和理論分析來(lái)學(xué)習(xí)。

3.學(xué)生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：學(xué)生在理解帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)可能遇到以下困難：一是對(duì)洛倫茲力公式的記憶和應(yīng)用存在混淆；二是難以從幾何角度直觀理解粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡；三是將理論應(yīng)用于解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)的計(jì)算復(fù)雜性和抽象性。這些挑戰(zhàn)需要教師通過(guò)適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略和指導(dǎo)來(lái)幫助學(xué)生克服。四、教學(xué)方法與手段教學(xué)方法：

1.講授法：通過(guò)清晰講解洛倫茲力公式和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，幫助學(xué)生建立基本概念。

2.討論法：組織學(xué)生討論帶電粒子在不同磁場(chǎng)條件下的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，促進(jìn)思維碰撞。

3.實(shí)驗(yàn)法：利用模擬軟件或?qū)嶒?yàn)裝置，讓學(xué)生觀察帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，加深理解。

教學(xué)手段：

1.多媒體演示：使用動(dòng)畫(huà)展示帶電粒子在磁場(chǎng)中的軌跡變化，直觀教學(xué)。

2.互動(dòng)軟件：通過(guò)在線(xiàn)互動(dòng)平臺(tái)，讓學(xué)生進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，提高參與度。

3.教學(xué)視頻：播放相關(guān)教學(xué)視頻，幫助學(xué)生理解復(fù)雜物理現(xiàn)象。五、教學(xué)流程1.導(dǎo)入新課

詳細(xì)內(nèi)容：首先，通過(guò)展示自然界中磁場(chǎng)現(xiàn)象的圖片或視頻，如地球磁場(chǎng)、磁鐵吸引鐵釘?shù)?，激發(fā)學(xué)生的好奇心。然后，提問(wèn)學(xué)生：“你們知道帶電粒子在磁場(chǎng)中會(huì)受到什么力嗎？”引導(dǎo)學(xué)生回顧之前學(xué)習(xí)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)知識(shí)，為新課的學(xué)習(xí)做好鋪墊。

用時(shí)：5分鐘

2.新課講授

（1）洛倫茲力的計(jì)算

詳細(xì)內(nèi)容：介紹洛倫茲力的概念和計(jì)算公式，通過(guò)實(shí)例講解如何根據(jù)粒子的速度、磁場(chǎng)強(qiáng)度和粒子電荷計(jì)算洛倫茲力的大小和方向。

（2）帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡

詳細(xì)內(nèi)容：講解帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡，如圓周運(yùn)動(dòng)和螺旋運(yùn)動(dòng)，通過(guò)實(shí)例分析不同磁場(chǎng)強(qiáng)度和粒子速度下的運(yùn)動(dòng)軌跡。

（3）帶電粒子的周期和速度

詳細(xì)內(nèi)容：推導(dǎo)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期和速度公式，并解釋周期與粒子速度、磁場(chǎng)強(qiáng)度和電荷量的關(guān)系。

用時(shí)：10分鐘

3.實(shí)踐活動(dòng)

（1）模擬實(shí)驗(yàn)

詳細(xì)內(nèi)容：利用模擬軟件，讓學(xué)生觀察帶電粒子在不同磁場(chǎng)條件下的運(yùn)動(dòng)軌跡，加深對(duì)理論知識(shí)的理解。

（2）計(jì)算題

詳細(xì)內(nèi)容：布置一些計(jì)算題，讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)計(jì)算帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡、周期和速度。

（3）案例分析

詳細(xì)內(nèi)容：提供一些實(shí)際案例，如粒子加速器、磁懸浮列車(chē)等，讓學(xué)生分析帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)及其應(yīng)用。

用時(shí)：10分鐘

4.學(xué)生小組討論

方面內(nèi)容舉例回答：

（1）洛倫茲力的大小和方向

舉例回答：當(dāng)帶電粒子以一定速度垂直進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，洛倫茲力的大小等于粒子電荷量、速度和磁場(chǎng)強(qiáng)度的乘積，方向垂直于速度和磁場(chǎng)方向。

（2）帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡

舉例回答：當(dāng)帶電粒子以一定速度平行進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，粒子將做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)帶電粒子以一定速度斜向進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，粒子將做螺旋運(yùn)動(dòng)。

（3）帶電粒子的周期和速度

舉例回答：帶電粒子的運(yùn)動(dòng)周期與磁場(chǎng)強(qiáng)度和粒子速度有關(guān)，周期越大，粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)越慢。

用時(shí)：10分鐘

5.總結(jié)回顧

詳細(xì)內(nèi)容：回顧本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)洛倫茲力的計(jì)算、帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡、周期和速度等知識(shí)點(diǎn)。指出本節(jié)課的重難點(diǎn)，如洛倫茲力的方向判斷、帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡分析等。

用時(shí)：5分鐘

總計(jì)用時(shí)：45分鐘六、教學(xué)資源拓展1.拓展資源：

（1）磁場(chǎng)的歷史與發(fā)展：介紹磁場(chǎng)的研究歷史，包括奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)、法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)等，以及現(xiàn)代磁學(xué)在科技領(lǐng)域的應(yīng)用，如磁懸浮列車(chē)、MRI技術(shù)等。

（2）洛倫茲力的應(yīng)用：探討洛倫茲力在粒子加速器、磁共振成像（MRI）、磁浮技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例。

（3）帶電粒子在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)：介紹帶電粒子在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，如螺旋軌跡、螺旋線(xiàn)的穩(wěn)定性等。

2.拓展建議：

（1）閱讀相關(guān)書(shū)籍：推薦學(xué)生閱讀《電磁學(xué)導(dǎo)論》、《現(xiàn)代物理學(xué)史》等書(shū)籍，以深入了解電磁學(xué)的發(fā)展歷程和相關(guān)物理現(xiàn)象。

（2）觀看科普視頻：推薦學(xué)生觀看《物理現(xiàn)象背后的科學(xué)》系列視頻，通過(guò)動(dòng)畫(huà)演示帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，幫助學(xué)生更好地理解抽象概念。

（3）參與科學(xué)實(shí)驗(yàn)：鼓勵(lì)學(xué)生參與學(xué)?；蛏鐓^(qū)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，如制作簡(jiǎn)易磁懸浮裝置、模擬粒子加速器等，以親身體驗(yàn)物理原理。

（4）探究實(shí)際問(wèn)題：引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注日常生活中與磁場(chǎng)相關(guān)的現(xiàn)象，如手機(jī)信號(hào)、無(wú)線(xiàn)充電等，思考磁場(chǎng)在生活中的應(yīng)用和影響。

（5）開(kāi)展小組研究：組織學(xué)生以小組形式進(jìn)行研究，針對(duì)拓展資源中的內(nèi)容進(jìn)行深入探討，如洛倫茲力在粒子加速器中的應(yīng)用、磁懸浮列車(chē)的設(shè)計(jì)原理等，培養(yǎng)學(xué)生的合作精神和研究能力。

（6）撰寫(xiě)科學(xué)小論文：鼓勵(lì)學(xué)生撰寫(xiě)關(guān)于帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的科學(xué)小論文，通過(guò)查閱資料、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等方式，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和寫(xiě)作能力。

（7）參加物理競(jìng)賽：推薦學(xué)生參加物理競(jìng)賽，如全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽、國(guó)際物理奧林匹克競(jìng)賽等，以檢驗(yàn)自己的物理知識(shí)水平和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。七、板書(shū)設(shè)計(jì)①微型專(zhuān)題8：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

-帶電粒子

-勻強(qiáng)磁場(chǎng)

-洛倫茲力

-運(yùn)動(dòng)軌跡

-運(yùn)動(dòng)周期

-速度

②重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)

①洛倫茲力公式：\(F=qvB\sin\theta\)

②運(yùn)動(dòng)軌跡方程：\(r=\frac{mv}{qB}\)

③運(yùn)動(dòng)周期公式：\(T=\frac{2\pim}{qB}\)

③關(guān)鍵詞

-垂直進(jìn)入：帶電粒子垂直于磁場(chǎng)方向進(jìn)入

-平行進(jìn)入：帶電粒子平行于磁場(chǎng)方向進(jìn)入

-斜向進(jìn)入：帶電粒子以一定角度進(jìn)入磁場(chǎng)

-圓周運(yùn)動(dòng)：帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

-螺旋運(yùn)動(dòng)：帶電粒子在磁場(chǎng)中做螺旋形運(yùn)動(dòng)八、典型例題講解例題1：一束質(zhì)量為m、電量為q的帶電粒子，以速度v垂直于磁場(chǎng)方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，求粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡半徑和運(yùn)動(dòng)周期。

解答：根據(jù)洛倫茲力公式\(F=qvB\)，粒子在磁場(chǎng)中受到的力提供向心力，有\(zhòng)(F=\frac{mv^2}{r}\)。聯(lián)立兩個(gè)公式，得到運(yùn)動(dòng)軌跡半徑\(r=\frac{mv}{qB}\)。

運(yùn)動(dòng)周期\(T\)為粒子完成一周運(yùn)動(dòng)所需時(shí)間，根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)的速度公式\(v=\frac{2\pir}{T}\)，代入\(r\)的表達(dá)式，得到\(T=\frac{2\pim}{qB}\)。

例題2：一個(gè)質(zhì)量為m、電量為q的帶電粒子，以速度v平行于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)進(jìn)入，求粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡。

解答：由于帶電粒子平行于磁場(chǎng)方向進(jìn)入，洛倫茲力為零，因此粒子在磁場(chǎng)中將做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡為直線(xiàn)。

例題3：一個(gè)質(zhì)量為m、電量為q的帶電粒子，以速度v以一定角度θ進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，求粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡。

解答：當(dāng)帶電粒子以一定角度θ進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，洛倫茲力將分解為垂直于運(yùn)動(dòng)方向的分力提供向心力，和與運(yùn)動(dòng)方向平行的分力不改變粒子的速度。因此，粒子將做螺旋形運(yùn)動(dòng)。

例題4：一個(gè)質(zhì)子（質(zhì)量為\(m_p\)，電量為\(e\)）以速度\(v\)進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為\(B\)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，求質(zhì)子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡半徑。

解答：質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)軌跡半徑\(r\)可通過(guò)洛倫茲力公式\(F=qvB\)和向心力公式\(F=\frac{mv^2}{r}\)聯(lián)立求解，得到\(r=\frac{