带电粒子在磁场中的运动教（学）案

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1、课题：带电粒子在磁场中的运动　质谱仪授课者：瓯海中学　计显栋一、学习目标：1、知识与技能：①理解洛伦兹力对粒子不做功。②理解带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。③会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径及周期公式。④会运用带电粒子在匀强磁场中的运动规律分析问题解决问题。⑤知道质谱仪工作原理。2、过程与方法：①通过物理实验观察、推理逐步掌握研究物理问题的科学方法。②通过观察实验能进一步熟悉控制变量法。3、情感态度与价值观①从探究中获得积极的情感体验和认真、严谨的科学态度和科学精

2、神。②了解并体会物理学在现代科学技术中的应用。　二、教学重点：1、带电粒子垂直进入匀强磁场中运动的规律。2、半径和周期公式的应用。三、教学难点：带电粒子在匀强磁场中运动轨迹的确定。四、教学器材：洛伦兹力演示仪　自制带电粒子模具　课件五、教学过程设计：（一）、复习引入问：上节课我们学了磁场对运动电荷的作用，那么什么叫洛伦兹力？其大小和方向如何确定?（要求学生回答）问：由左手定则可知，洛伦兹力总是与粒子的运动方向垂直，那么带电粒子还能做直线运动吗？为什么？（要求学生回答）那么带电粒子在磁场中做怎样的运动？有怎样的运动规

3、律？这就是我们这节课要深入研究的课题。板书：　五　带电粒子在磁场中运动　质谱仪（二）新课教学我们知道，物体的运动规律取决于两个因素：一是物体的受力情况，二是物体具有的速度。因此，力和速度就是我们研究带电粒子在磁场中运动的出发点和基本点。严格说，带电粒子在磁场中还会受到重力作用，但在通常情况下，粒子受到的重力远小于洛伦兹力，所以若在问题中没有特别说明和暗示，粒子的重力是可以忽略不计的。在本节课出现的带电粒子重力均不计。因此，可认为带电粒子在磁场中只受到洛伦兹力的作用。现在我们探究这样一个问题：带电粒子射入匀强磁场时，

4、它的初速度方向跟磁感应强度B的方向关系有几种情况？猜想分别有怎样的运动规律？（学生讨论后引入第一个要探究的问题）带电粒子垂直射入匀强磁场，只受洛伦兹力作用到底做什么运动呢？这就是我们这节课要解决的第一个问题。1、运动轨迹（课件展示问题一）板书：1、运动轨迹　　　　　　　　⊥B（匀强）①条件　　　　　只受洛伦兹力现在同学们从洛伦兹力与速度的关系出发，运用已学过的运动学和动力学的知识，逐一地分析带电粒子的轨迹在哪个方位？速度如何变化？受力如何变化？轨迹是什么形状等问题，同桌可以互相讨论，等会请同学们回答。（学生分析同时

5、展示动画课件）轨迹平面与磁场垂直因为带电粒子的初速度和所受洛伦兹力的方向都在跟磁场方向垂直的平面内，没有任何作用使粒子离开这个平面　速度大小不变因为洛伦兹力总是跟粒子的运动方向垂直，所以洛伦兹力的功率P＝等于0，所以洛伦兹力不对粒子做功，粒子的速度大小不变速度方向时刻改变因为洛伦兹力总是跟粒子的运动方向垂直，所以速度方向改变受力大小不变因为速度大小不变，根据得洛伦兹力大小也不变受力方向时刻改变因为速度方向改变，所以洛伦兹力方向也改变轨迹形状圆因为带电粒子受到一个大小不变，方向总与粒子运动方向垂直的力，因此带电粒子做

6、匀速圆周运动，其向心力就是洛伦兹力通过大家的讨论分析得出的结果是带电粒子垂直射入匀强磁场应做匀速圆周运动，这个结果是否正确呢？我们利用实验来验证。（介绍实验仪器并实验）现在大家观察不加磁场和加了磁场两种情况下电子射线的径迹分别是什么形状？（要求学生回答后总结）不加磁场时，电子射线的径迹是直线，在加了垂直于速度方向的匀强磁场后，电子射线的径迹是圆形的。可见我们刚才的分析、推理是正确的。现在我们可以下结论了：带电粒子垂直射入匀强磁场，在只受洛伦兹力作用的情况下，洛伦兹力始终不做功，所以粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周

7、运动。板书：②结论：　W洛＝0　匀速圆周运动这了检查同学们对以上知识的掌握情况，下面我们做一个小游戏。（出示自制带电粒子模具，并介绍游戏规则）画在背景纸上的有向线条表示的是磁场方向，这个小球表示带电粒子将沿箭头所示方向进入磁场，这个圈作为带电粒子的径迹，圈上箭头方向表示粒子的旋转方向，请同学们将这个圈放在空间适当位置，用以表示带电粒子在磁场中的圆周运动。（依次请两位同学上讲台来放圈）既然带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，那么它的半径多大？周期又是多大呢？这就是我们今天要探究的第二个问题。2、轨道半径和周期（课件展

8、示问题二）板书：　2、轨道半径和周期例1、一带负电的粒子的质量为m，电荷量为q，以速度v垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，求它的轨道半径r和运动周期T。（叫学生推导，或拿学生推导的过程用展示台展示）板书　：①半径　　　②周期　实验：由可知，当进入磁场中的粒子确定后，半径r与v成正比，与B成反比，这一结论还可用实验定性验证。下面我想请一位同学上