《带电粒子在匀强磁场中的运动》教学设计

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1、《带电粒子在匀强磁场中的运动》教学设计一、复习、设疑导入：设置思考问题，在复习上节所学内容的基础上思考问题，引入新课。引入新课：问题思考：1、什么是洛伦兹力？2、带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？3、带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时会做什么运动呢？学生活动：搜索已学知识，小组讨论。[设计说明：问题的提出激发学生的好奇心和求知欲，使学生的注意力很快集中，进入探究的过程]。二、带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时的运动轨迹探究师生活动：（1）洛伦兹力演示仪介绍1.电子束有电子枪产生，玻璃泡内充有稀薄气体，当电子束通过玻璃泡时，可以显

2、示电子的径迹。调节电子枪的加速电压可以改变电子的速度大小。2.励磁线圈在两线圈间产生匀强磁场，其方向与两线圈中心连线的方向平行。调节励磁线圈的电流，可以改变磁感应强度。（2）学生观察并思考：不加磁场时，电子束的径迹。教师演示：不加磁场时，电子束的径迹。结论：不加磁场时，电子枪射出的电子不受外力作用，做匀速直线运动。（3）学生观察并思考：给励磁线圈通电，在玻璃泡中产生沿两线圈中心方向、由内指向外的磁场时，电子束的径迹会怎样？第4页共4页教师演示：加磁场时，电子束的径迹交流讨论：为什么会是匀速圆周运动？结论：洛伦兹力的方向与磁场方向垂

3、直，在一个平面内，洛伦兹力方向与速度方向垂直，不改变速度的大小只改变速度的方向，所以做匀速圆周运动。[设计说明：让学生参与带电粒子在磁场中运动轨迹的探究，让他们亲身体会，参与其中，加深对于左手定则的理解]三、实验探究圆周运动的半径与速度、磁感应强度的关系。师生活动：（1）教师演示：保持电子枪的加速电压不变，即电子进入磁场的速度不变，改变励磁线圈的电流大小，即磁感应强度的大小，电子束的径迹。学生思考并讨论：圆周运动的半径与磁感应强度之间的关系如何？结论：磁感应强度越大，半径越小。（2）教师演示：保持励磁线圈的电流大小，即磁感应强度的

4、大小不变，改变电子枪的加速电压即电子进入磁场的速度，电子束的径迹。思考并讨论：圆周运动的半径与速度之间的关系如何？结论：速度越大，半径越大。四、教学任务：理论探究圆周运动的半径运动周期与速度、磁感应强度的关系。问题引导：一带电量为q，质量为m，速度为v的带电粒子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其半径r和周期T为多大？思考并讨论：轨道半径如何推导？周期如何推导？参考推导：因为qvB=mv2/r，所以 r=mv/qBT=2πm/qB第4页共4页【设计说明：以洛伦兹力演示仪演示实验，先使学生形成感性认识，再辅以理论的探究，这样的顺序

5、符合一般的认知规律，会降低认知难度；若学生认识水平较高，可以先理论探究，再实验验证，这样提供较多的思维训练。】五：质谱仪师生活动：学生思考与讨论：能否从气泡室中带电粒子的轨迹得到启发设计一个仪器，将带电量和质量比值（比荷）不同、初速度几乎为零的带电粒子分开？可能：可以将这些带电粒子经过电场加速后射入磁场，根据带电粒子在匀强磁场中运动的半径不一样，从而可以将带电粒子分开。例：一个质量为m、电荷量为的粒子，从容器下方的小孔S1飘入电势差为Ｕ的加速电场，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

6、求：（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【设计说明：质谱仪的问题是带电粒子在磁场中的运动的运用，它的出现采用学生先思考讨论进行设计再出现题目情景的办法，其主要目的是要让学生在合作交流和设计的过程中体会到成就感，设计的过程可以针对不同的学情给以提示，降低台阶，愉悦学习。】六：回旋加速器师生活动：教师背景介绍：为什么要制造加速器?在现代物理学中,为了探索原子核的结构和得到各种元素的同位素,研究人员需要大量的高能粒子去轰击原子核,由此研究制造出能在实验室里产生大量高能粒子的加速器.学生思考与讨论1：怎样才能使粒

7、子加速？第4页共4页可能：利用电场加速，加速电压越高，粒子获得的能量就越大。【课件展示】普通加速器构造、原理思考与讨论2：怎样才能获得高能粒子呢？参考分析：多级电场加速。【课件展示】多级加速器构造、原理。（加速装置要很长，占用空间很大。）思考与讨论3：有何办法让带电粒子在加速后又转回来被第二次加速，从而节省空间？参考分析：让带电粒子经过磁场做圆周运动，从而可以第二次被加速。【课件展示】回旋加速器构造、原理图片思考与讨论4：由周期公式可知，粒子做圆周运动的周期 T 与粒子运动速度和半径无关，所以不会发生变化。思考与讨论5：带电粒子在

8、D形盒内做圆周运动的周期与两D形盒所连接的高频交流电源的周期有什么关系?讨论分析：与交变电流的周期相同。思考与讨论6：带电粒子的最高能量与哪些因素有关？讨论分析：带电粒子做圆周运动的半径最大只能等于D型盒的半径，根据半径公式，粒子运动的最大速度V=