高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册带电粒子在匀强磁场中的运动教学设计

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册带电粒子在匀强磁场中的运动教学设计，共3页。教案主要包含了情境引入，新课教学等内容，欢迎下载使用。
1.3 带电粒子在匀强磁场中的运动
教学目标
1. 知道带电粒子沿着磁场垂直的方向射入匀强磁场会做匀速圆周运动，能推导半径和周期。
2. 经历实验验证带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动。
3. 知道带电粒子做匀速圆周运动的周期与速度无关。
重点
知道带电粒子沿着磁场垂直的方向射入匀强磁场会做匀速圆周运动，能推导半径和周期。
难点
知道带电粒子做匀速圆周运动的周期与速度无关。
教学过程
一、情境引入
师：在现代科学技术中，常常要研究带电粒子在磁场中的运动。如果沿着与磁场垂直的方向发射一束带电粒子，请猜想这束粒子在匀强磁场中的运动径迹？
二、新课教学
问1：由于是匀强磁场，洛伦兹力大小？
生：不变。
问2：洛伦兹力的方向总与速度方向？
生：垂直。
师：因此洛伦兹力对电荷做功吗？
生：不做功！
问3：洛伦兹力只会改变粒子速度的？不改变速度的？故粒子将做？
教学过程
生：由于洛伦兹力只改变速度方向，不改变速度大小，因此做匀速圆周运动。
实验：用洛伦兹力演示仪观察运动的电子在磁场中的偏转，装置当中有电子枪，灯丝点亮后就会不断释放电子，再有加速电场给电子加速使电子获得速度，励磁线圈又称亥姆赫兹线圈，这样的线圈中间形成的磁场为匀强磁场。
师：分别预测下列情况下带电粒子的运动径迹：
1. 不加磁场。
2. 给励磁线圈通电，在玻璃泡中产生沿两线圈中心连线方向，由读者指向纸面的磁场。
3. 保持出射电子的速度不变，改变磁感应强度。
4. 保持磁感应强度不变，改变出射电子的速度大小和方向。
问：带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期与哪些因素有关呢？请同学们推导。
生：根据洛伦兹力提供向心力可知r = mv qB ，由周期公式可知T = 2πm qB ，可见周期与轨迹半径和运动速度无关！
例1. 一个质量为1.67×10-27kg、电荷量为1.6×10-19C的带电粒子，以5×105m/s的初速度沿与磁场垂直的方向射入磁感应强度为0.2T的匀强磁场。求：
（1）粒子所受的重力和洛伦兹力的大小之比；
（2）粒子在磁场中运动的轨道半径；
（3）粒子做匀速圆周运动的周期。
师：带电粒子在磁场中运动情况的研究方法：
找圆心
（1）已知入射方向和出射方向：作入射速度和出射速度的垂线，两垂线交点即圆周运动的圆心。
教学过程
（2）已知入射方向和出射点的位置：作入射速度垂线和弦的中垂线，交点即圆周运动的圆心。
②定半径
方法一：已知物理量(q、m、B、v)，利用公式r = mv qB 求半径
方法二：已知其他几何量利用数学图形知识求半径，一般利用几何知识，常用解三角形的方法
确定运动时间
利用圆心角与弦切角的关系，或者四边形内角和等计算出圆心角的大小，
由公式可求出运动时间：t = θ360°T或t = θ2πT
例1. 正方形容器处于匀强磁场中，一群速率不同的α粒子沿a→d方向垂直射入匀强磁场中，有的从b孔射出，有的从c孔射出，则从b、c射出的α粒子在磁场中的：
（1）速度之比vb∶vc =？
（2）加速度之比ab∶ac =
（3）运动时间之比tb∶tc =
教后反思
本节课基于上节课内容的延伸，难度上加深，对于学生理解可能有点难度，需要多练习。