物理人教版 (2019)带电粒子在匀强磁场中的运动教学设计

这是一份物理人教版 (2019)带电粒子在匀强磁场中的运动教学设计，共6页。教案主要包含了洛伦兹力的大小，洛伦兹力的特点等内容，欢迎下载使用。
带电粒子在匀强磁场中的运动
教学目标
1、理解洛伦兹力对粒子不做功，带电粒子初速度方向与磁感应强度方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动；
2、会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，知道它们和哪些因素有关；
3、能够解答带电粒子在匀强磁场中运动相关问题。
教学重点：
1. 知道带电粒子初速度方向与磁感应强度方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动
2. 推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式。
教学难点：
1. 能够解答带电粒子在匀强磁场中运动相关问题。
2. 会处理带电粒子在有界磁场中的问题。
教学过程
知识回顾
洛伦兹力的方向
磁感线——垂直穿入手心
四指——①指向正电荷的运动方向
②指向负电荷运动的反向
大拇指——所受洛伦兹力的方向
二、洛伦兹力的大小
三、洛伦兹力的特点
1、洛伦兹力始终与带电粒子的速度方向和磁场方向垂直；
2、洛伦兹力只改变带电粒子的速度方向，不改变带电粒子的速度大小；
3、当带电粒子的速度方向与磁场方向平行时，不受洛伦兹力。
新课讲解
欣赏视频《美丽的极光》 吸引学生的注意力，激发学习兴趣
思考
如果向磁场里发射一束带电粒子（不计重力），这束粒子在匀强磁场中的运动轨迹会是什么样的呢？
教师活动1
实验演示：洛伦兹力演示仪
①加速电场：作用是改变电子束出射的速度
②励磁线圈：作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈中心的连线的匀强磁场
1.不加磁场时观察电子束的径迹。
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，由纸内指向读者的磁场，观察电子束的径迹。
3.保持磁感应强度不变，改变出射电子的速度，观察电子束径迹的变化。
4.保持出射电子的速度不变，改变磁感应强度，观察电子束径迹的变化。
学生活动1
认真倾听并仔细观察仪器结构，观察实验现象并给出结论，在匀强磁场中，垂直射入的带电粒子做匀速圆周运动。
活动意图说明
利用实验仪器，让学生能直观的感受到带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹，并感受匀速圆周运动的条件与洛伦兹力的方向特点。
教师活动2
带电粒子在匀强磁场中的运动
讨论：
若带电粒子（不计重力）以沿着与匀强磁场垂直的方向射入磁场，粒子将如何运动？
由于是匀强磁场，洛伦兹力大小保持不变
洛伦兹力的方向总是与速度方向垂直，洛伦兹力只会改变粒子速度的方向，不会改变其大小
学生活动2
通过回忆匀速圆周运动的条件，得出结论
沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动
活动意图说明：
培养学生的学科知识整合能力，由已知知识整理类比得出新知识，从而提升自己解决实际问题的能力。
教师活动3
三、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期
匀强磁场中带电粒子运动轨迹的半径与哪些因素有关？
猜想并进行推导: 带电粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。
可见r与速度v、磁感应强度B、粒子的比荷有关
可见同一个粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与速度无关
学生活动3
使用草稿本与教师一起推导
活动意图说明
进一步从理论上得出轨迹为匀速圆周运动这个结论。让学生能够从理论上得出结论，从实验上进行验证。
教师活动4
四、带电粒子在有界匀强磁场中做匀速圆周运动情况分析
1、找圆心：2、定半径：3、确定运动时间：
1. 圆心的确定
（1）若已知入射方向和出射方向，作入射速度出射速度的垂线，两垂线交点就是圆弧轨道的圆心。
（2）若已知入射方向和出射点的位置，做入射速度垂线及弦的中垂线，交点就是圆弧轨道的圆心。
2. 半径的确定
由于已知条件的不同，求半径有两种方法：
一是已知物理量(q、m、B、v)，利用半径公式求半径。
二是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。
3. 运动时间的确定
利用圆心角与弦切角的关系，或者是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。
学生活动4
记录笔记
活动意图说明
从学习知识到解决实际问题。
板书设计
带电粒子在匀强磁场中的运动
1、由于是匀强磁场，洛伦兹力大小保持不变
2、洛伦兹力的方向总是与速度方向垂直，洛伦兹力只会改变粒子速度的方向，不会改变其大小
二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期
带电粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。
三、带电粒子在磁场中运动情况研究
1、找圆心：2、定半径：3、确定运动时间：
拓展学习设计
带电粒子在有界磁场中的运动轨迹特点
1．直线边界：进出磁场具有对称性。
2．平行边界：往往存在临界条件。
3．圆形边界
(1)粒子沿径向对准磁场圆心射入
粒子一定沿径向射出，如图(g)所示。磁场圆半径为R，粒子轨迹圆半径为r，带电粒子从P点对准磁场圆心O射入，由几何知识容易证明粒子从Q点飞出的速度方向的反向延长线必过磁场圆心O点。
(2)粒子不沿径向射入
如图(h)所示，处理这类问题时一定要分清磁场圆和轨迹圆，并要注意区分轨迹圆的圆心和磁场圆的圆心。粒子进出磁场时速度方向与对应点所在的磁场圆的半径的夹角相等。