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时间:2019-11-12
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1、2019-2020年高二物理3.6带电粒子在匀强磁场中的运动教案教学目标:(一)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感应强度的方向垂直时,粒子在匀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、周期公式,并会用它们解答有关问题,知道质谱仪的工作原理。4、知道回旋加速器的基本构造、工作原理、及用途。(二)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复合场(电场、磁场)中的问题,培养学生的分析推理能力。(三)情感态度与价值观通过对本节的学习,充分了解科技的巨大威力,体会科技的创新历程。
2、教学重点:带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期公式,并能用来分析有关问题。教学难点:1.粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动。2.综合运用力学、电磁学知识解决带电粒子在复合场中的问题。教学用具:洛伦兹力演示仪、感应线圈、电源、多媒体等教学过程:(一)引入新课[问题1]什么是洛伦兹力?[磁场对运动电荷的作用力][问题2]带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力?[不一定,洛伦兹力的计算公式为F=qvBsinθ,θ为电荷运动方向与磁场方向的夹角,当θ=90°时,F=qvB;当θ=0°时,F=0。][问题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?
3、今天我们来学习—带电粒子在匀强磁场中的运动(二)新课教学【演示】先介绍洛伦兹力演示仪的工作原理,由电子枪发出的电子射线可以使管内的低压水银蒸气发出辉光,显示出电子的径迹,后进行实验。(并说明相关问题104-105页)教师进行演示实验.[实验现象]在暗室中可以清楚地看到,在没有磁场作用时,电子的径迹是直线;在管外加上匀强磁场(这个磁场是由两个平行的通电环形线圈产生的),电子的径迹变弯曲成圆形。[教师引导学生分析得出结论]当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。带电粒子垂直进入匀强磁场中的受力及运动情况分析(动态课件)。一是要
4、明确所研究的物理现象的条件----在匀强磁场中垂直于磁场方向运动的带电粒子。二是分析带电粒子的受力情况,用左手定则明确带电粒子初速度与所受到的洛伦兹力在同一平面内,所以只可能做平面运动。三是洛伦兹力不对运动的带电粒子做功,它的速率不变,同时洛伦兹力的大小也不变。四是根据牛顿第二定律,洛伦兹力使运动的带电粒子产生加速度(向心加速度)[出示投影]①电子受到怎样的力的作用?这个力和电子的速度的关系是怎样的?(电子受到垂直于速度方向的洛伦兹力的作用.)②洛伦兹力对电子的运动有什么作用?(洛伦兹力只改变速度的方向,不改变速度的大小)③有没有其他力作用使电子离开磁场
5、方向垂直的平面?(没有力作用使电子离开磁场方向垂直的平面)④洛伦兹力做功吗?(洛伦兹力对运动电荷不做功)1.带电粒子在匀强磁场中的运动(1)运动轨迹:沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子,粒子在垂直磁场方向的平面内做匀速圆周运动,此洛伦兹力不做功。【注意】带电粒子做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供。通过“思考与讨论”(105页),使学生理解带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,的轨道半径r和周期T与粒子所带电量、质量、粒子的速度、磁感应强度有什么关系。[出示投影]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
6、为多大?[问题1]什么力给带电粒子做圆周运动提供向心力?[洛伦兹力给带电粒子做圆周运动提供向心力][问题2]向心力的计算公式是什么?[F=mv2/r]【讨论】:在匀强磁场中如果带电粒子的运动方向不和磁感应强度方向垂直,它的运动轨道是什么样的曲线?分析:当带电粒子的速度分别为垂直于B的分量v1和平行于B的分量v2,因为v1和B垂直,受到洛伦兹力qv1B,此力使粒子q在垂直于B的平面内做匀速圆周运动,v1和B平行,不受洛伦兹力,故粒子在沿B方向上做匀速曲线运动,可见粒子的运动是一等距螺旋运动.再用洛伦兹力演示仪演示[出示投影课本例题]如图所示,一质量为m,电
7、荷量为q的粒子从容器A下方小孔S1射入电势差为U的加速电场,然后让粒子垂直进入磁感应强度为B的磁场中,最后打到底片D上。(1)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。解:(1)粒子在S1区做初速度为零的匀加速直线运动.由动能定理知,粒子在电场中得到的动能等于电场对它所做的功,即由此可得v=。(2)粒子做匀速圆周运动所需的向心力是由粒子所受的洛伦兹力提供,即qvB=m所以粒子的轨道半径为r=mv/qB=[教师讲解]r和进入磁场的速度无关,进入同一磁场时,r∝,而且这些个量中,u、B、r可以直接测量,那么,我们可以用装置来测量比荷或算出质量
8、。例题在处理上,可以让学生自己处理,教师引导总结。为了加深对带电粒子在磁场中的运
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