物理教案－帶電粒子在磁場中的運動 質譜儀

教學目標 

知識目標

1、理解帶電粒子的初速度方向與磁感應強度方向垂直時，做勻速圓周運動．

2、會推導帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑、周期公式，并會用它們解答有關問題．

3、知道質譜儀的工作原理．

能力目標

通過推理、判斷帶電粒子在磁場中的運動性質的過程，培養(yǎng)學生嚴密的邏輯推理能力．

情感目標

通過學習質譜儀的工作原理，讓學生認識先進科技的發(fā)展，有助于培養(yǎng)學生對物理的學習興趣．

 

教學建議

教材分析

本節(jié)重點是研究帶電粒子垂直射入勻強磁場中的運動規(guī)律：半徑以及周期，通過復習相關力學知識，利用力于運動的關系突破這一重點，需要注意的是：

1、確定垂直射入勻強電場中的帶電粒子是勻速圓周運動；

2、帶電粒子的重力通常不考慮。

教法建議

由于我們研究的是帶電粒子在磁場中的運動情況，研究的是磁場力與運動的關系，因此教學開始，需要學生回憶相關的力學知識，為了引導學生分析推導粒子做勻速圓周運動的原因、規(guī)律，教師可以通過實驗演示引入，讓學生認真觀察實驗現(xiàn)象，結合運動和力的關系分析原因，總結規(guī)律，積極思考、討論例題，對規(guī)律加深理解、提高應用能力．最后通過例題講解，加深知識的理解．

 

教學設計方案

帶電粒子在磁場中的運動  質譜儀

    一、素質教育目標

（一）知識教學點

1、理解帶電粒子的初速度方向與磁感應強度方向垂直時，做勻速圓周運動．

2、會推導帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑、周期公式，并會用它們解答有關問題．

3、知道質譜儀的工作原理．

（二）能力訓練點

通過推理、判斷帶電粒子在磁場中的運動性質的過程，培養(yǎng)學生嚴密的邏輯推理能力．

（三）德育滲透點

通過學習質譜儀的工作原理，理解高科技的巨大力量．

 （四）美育滲透點

用電子射線管產(chǎn)生的電子做圓周運動的精美圖像感染學生，提高學生對物理學圖像形式美的審美感受力．

二、學法引導

1、教師通過演示實驗法引入，復習提問法引導學生分析推導粒子做勻速圓周運動的原因、規(guī)律．通過例題講解，加深理解．

2、學生認真觀察實驗現(xiàn)象，結合運動和力的關系分析原因，總結規(guī)律，積極思考、討論例題，對規(guī)律加深理解、提高應用能力．

三、重點難點疑點及解決辦法

1、重點

帶電粒子垂直射入勻強磁場中的運動半徑和運動周期．

2、難點

確定垂直射入勻強磁場中的帶電粒子運動是勻速圓周運動．

3、疑點

帶電粒子的重力通常為什么不考慮？

4、解決辦法

復習力學知識、引導同學利用力與運動的關系分析，討論帶電粒子在磁場中的運動情況。

四、課時安排

1課時

五、教具學具準備

演示用特制的電子射線管。

六、師生互動活動設計

教師先通過演示實驗引入，再啟發(fā)引導學生用力學知識分析原因，推導規(guī)律，通過例題講解，學生思考和討論進一步加深對知識的理解，提高學生運用知識解決實際問題的能力。

七、教學步驟 

（一）明確目標

（略）

（二）整體感知

本節(jié)教學首先通過演示實驗告訴學生，當帶電粒子的初速度方向與磁場方向垂直時，粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動這一結論，然后試著用力與運動的關系分析粒子為什么做勻速圓周運動，再由學生推導帶電粒子在磁場中的運動半徑和周期，根據(jù)力學知識，重點是理解運動半徑與磁感應強度、速度的關系；運動周期與粒子速率和運動半徑無關．

（三）重點、難點的學習與目標完成過程

1、引入新課

上一節(jié)我們學習了洛侖茲力的概念，我們知道帶電粒子垂直磁場方向運動時，會受到大小  ，方向始終與速度方向垂直的洛侖茲力作用，今天我們來研究一下，受洛侖茲力作用的帶電粒子是如何運動的？

2、粒子為什么做勻速圓周的運動？

首先通過演示實驗觀察到，當帶電粒子的初速度方向與勻強磁場方向垂直時，粒子的運動軌道是圓．

在力學中我們學習過，物體作勻速圓周運動的條件是物體所受的合外力大小不變，方向始終與速度方向垂直．當帶電粒子垂直于勻強磁場方向運動時，通常它的重力可以忽略不計（請同學們討論），可看作只受洛侖茲力作用，洛侖茲力方向和速度方向在同一個平面內，由于洛侖茲力方向總與速度方向垂直，因而它對帶電粒子不做功，根據(jù)動能定理可知運動粒子的速度大小不變，再由  可知，粒子在運動過程中所受洛侖茲力的大小即合外力的大小不變，根據(jù)物體作勻速圓周運動的條件得出帶電粒子垂直勻強磁場運動時，作勻速圓周運動．

3、粒子運動的軌道半徑和周期公式

帶電粒子垂直于勻強磁場方向運動時做勻速圓周運動，其向心力等于洛侖茲力，請同學們根據(jù)牛頓第二定律，推導帶電粒子的運動半徑和周期公式．

經(jīng)過推導得出粒子運動半徑  ，運動周期  。

運用學過的力學知識理解，當粒子運動速度較大時，粒子要離心運動，其運動半徑增大，所以速度大，半徑也大；當磁場較強時，運動電荷受洛侖茲力增大，粒子要向心運動，其運動半徑減小，所以磁感應強度大，半徑�。�由于帶電粒子運動速度大時，其運動半徑大，運動軌跡也長，可以理解粒子運動的周期與速度的大小和軌道半徑無關．為了加深同學們對半徑和周期公式的理解，舉下面的例題加以練習．

  ［例1］同一種帶電粒子以不同的速度垂直射入勻強磁場中，其運動軌跡如圖所示，則可知

（1）帶電粒子進入磁場的速度值有幾個？

（2）這些速度的大小關系為       ．

（3）三束粒子從O點出發(fā)分別到達1、2、3點所用時間關系為      ．

4、質譜儀

首先請同學們閱讀課本上例題的分析求解過程，然后組織學生討論質譜儀的工作原理．

（四）總結、擴展

本節(jié)課我們學習了帶電粒子垂直于勻強磁場運動的情況，經(jīng)過實驗演示和理論分析得出粒子做勻速圓周運動．并根據(jù)牛頓運動定律得出粒子運動的半徑公式和周期公式．最后我們討論了它的一個具體應用——質譜儀．

但應注意的是如果帶電粒子速度方向不是垂直勻強磁場方向時，帶電粒子將不再是作勻速圓周運動．

八、布置作業(yè) 

   （1）P156（1）～（6）

九、板書設計 

五、帶電粒子在磁場中的運動  質譜儀

一、運動軌跡

粒子作勻速圓周運動．

二、半徑和周期

運動半徑： 

運動周期： 

三、質譜儀

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