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18页。
学校
课题
带电粒子在匀强磁场中的运动
年级
高二
学科
物理
教材分析
教材采用先实验探究获得感性材料，再运用已学知识理论分析与推导，让学生知道带电粒子在匀强磁场中运动的情况。
质谱仪和回旋加速器是洛伦兹力知识应用，教材设置的目的是培养学生综合运用力学和电学知识的能力。
学情分析
通过前面的学习，学生已掌握匀速圆周运动、动能定理、电场力做功、洛伦兹力不做功等基础知识，学生已初步具备探究带电粒子在匀强磁场中运动、设计质谱仪、理解回旋加速器和运用已学知识解决问题的能力。
本节中解决实际问题时，找圆心、算时间、分析有界磁场的方法学生不容易想到，但只要教师稍加点拨，学生也应能够接受。
教学目标
1、知识与能力
（1）通过实验，知道带电粒子沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场会在磁场中做圆周运动，圆周运动的半径与磁感应强度的大小和入射的速度的大小有关。
（2）通过理论分析，知道带电粒子沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场会在磁场中做圆周运动，并能用学过的知识推导出匀速圆周运动的半径公式和周期公式。
（3）能够用学过的知识分析、计算有关带电粒子在匀强磁场中受力、运动的问题 ,了解质谱仪和回旋加速器的工作原理。
2、过程与方法
通过综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在电场、磁场中的问题，培养学生的分析推理能力。
3、情感、态度与价值观
培养学生积极探索、主动参与的精神，并让学生充分了解科技的作用，体会创新的历程。
教学重难点
1、重点：理解带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径和周期，并能应用解决相关问题。
2、难点：理解带电粒子垂直进入匀强磁场会做匀速圆周运动。
教学准备
洛伦兹力演示仪、多媒体辅助教学设备
教学环节
教学内容
教师活动
学生活动
智慧课堂应用及分析
1.功能选择
2.应用价值
3.评价体现
时长
（ 一 ） 复习 、 设疑导入新课
带电粒子在匀强磁场中是否受力、如何运动？
问题1：什么是洛伦兹
力？
问题2：带电粒子在磁
场中是否一定受到洛
伦兹力？
问题3：若带电量为q
的粒子， 以速度v垂直
进入磁感应强度为B的
匀强磁场 ，该粒子所
受的洛伦兹力方向如
何判断 ？大小如何表
达？
问题4： 问题3中粒子
的重力若忽略不计，
仅受洛伦兹力的它在
匀强磁场中会做什么
运动呢？
学生答：磁场对
运动电荷的力。
学生思考：
（1）静止的带电粒子在磁场中不受洛伦兹力；
（2）与磁场方向平行运动的带电粒子不受洛伦兹力。
学生板演：
（1）用左手定则判定洛伦兹力方向；
（2）洛伦兹力大小F洛 = q v B 。
1、功能选择：随机提问、
画笔功能
2、应用价值：
学生容易混洛伦兹力
和安培力、左手定则
和右手定则，所以利
用画笔功能让学生动
手练习。
3、评价体现：
师生互动更便捷。
3分钟
（二）新课
一、带电粒子在匀强磁场中的运动
二、质谱仪
一 、带电粒子在匀强
磁场中的运动
1、介绍洛伦兹力演示
仪
2、演示实验
演示1：不加磁场时电
子束的径迹。
演示2：给励磁线圈通
电 ，在玻璃泡中产生
由外向内的匀强磁场
学生预测
洛伦兹力总与
速度方向垂直，
只改变带电粒子
的速度方向，不
改变速度的大小
。
若洛伦兹力大小
也不改变，
正好起到向心力
1、 功能选择：
随机提问、
拍照讲解、
拍照上传
2、 应用价值：
通过拍照讲解功能展
示用洛伦兹力演示仪
进行实验的过程， 提
高学生的学习兴趣，
15分钟
,电子束的径迹。
讨论1： 电子束垂直进
入匀强磁场中做的径
迹是圆 ，那么 ， 电子
做的是匀速圆周运动
吗？
讨论2：圆周运动的轨
道半径如何推导？
演示3：保持出射电子
的速度不变 ，改变磁
感应强度 ， 电子束的
径迹。
演示4：保持磁感应强
度不变 ，改变出射电
子的速度 ， 电子束的
径迹。
讨论3：圆周运动的周
期如何推导？
二、质谱仪
1、“气泡室”照片分
析
分析1：不同带电粒子
的轨道半径为何不同
?
分析2：有的轨迹呈螺
旋形，为什么同一条
轨迹上的曲率半径会
越来越小？
2、质谱仪
思考讨论：
能否气泡室中带
电粒子的轨迹得到启
发，设计一个仪器，
的作用，做匀速
圆周运动
理论推导：半径
公式
学生答：磁感
应强度越大，圆
的半径反而越小
。
学生答：出射电
子的速度越大，
圆的半径也越大
。
理论推导：周期公式
学生答：粒子的
质量、速度、电
荷量不同。
学生答：该粒子
在运动过程中能
量降低，速度减
小。
学生答：先让带
电粒子在加速电
场中加速，再垂
直进入匀强磁场
偏转。
随后再要求学生拍照
上传理论推导过程，
提高学生学习参与度
。
3、 评价体现：
拍照讲解功能把教师
的演示实验给学生展
示的更清楚。
将带电量和质量比值（即比荷）不同，初速度为0的带电粒子分开。
（三）课堂练习
一找圆心、
二找半径、三找圆心角
。
例1、如图所示，一束
电荷量为e的电子以速
度v垂直于磁场方向，
并垂直于磁场边界，
射入磁感应强度为B、
宽度为d的匀强磁场中
, 穿 出磁场时 的速度
方向与原来射入方向
夹角为600。
求 : (1) 电子的质量
m ?
(2) 穿越磁场的
时间t ?
例2：一个质量为m、
电荷量为q的粒子，从
容器A下方的小孔S1飘
入电势差为U的加速电
场，其初速度几乎为0
,然后经过S3沿着与
磁场垂直的方向进入
磁感应强度为B的匀强
磁场中，最后打到照
相底片D上。
（1）求粒子进入磁场时的速率。
（2）求粒子在磁场中运动的轨道半径
思考、讨论、解
答
思考讨论：若只
给出入射点M和
出射点N，以及
入射速度方向，
如何确定圆心？
1、 功能选择：
随机提问、
电子课本
拍照上传
2、 应用价值：
通过拍照上传功能，
让学生提高学习专注
度。
3、 评价体现：
“云室”“气泡室”
显示粒子径迹、质谱
仪计算粒子比荷等问
题都是带电粒子在磁
场中运动知识的实际
应用，教学中让学生
先看“气泡室”照片
进行分析，再设计方
案解决实际问题，最
后利用新学的知识逐
步解决相应问题，让
学生体会学以致用的
成就感。
15分钟
板书设计
一、带电粒子在磁场中的运动
平行磁感线进入：做匀速直线运动
垂直磁感线进入：做匀速圆周运动
2
分
钟
半径：
周期：
二、质谱仪：研究同位素（测荷质比）的装置由加速电场、速度选择器、偏转磁场组成
教学反思
通过实验与理论讲解结合，有效帮助学生直观理解洛伦兹力作用下的圆周运动规律。需加强学生对左手定则及相关应用计算的训练。同时，注意引导学生从物理现象中提炼模型，培养抽象思维能力。未来教学中，要注重增加互动环节，激发学生兴
趣，提升教学效果。