帶電粒子在磁場中的運動教案設計

　　知識目標

　　1、理解帶電粒子的初速度方向與磁感應強度方向垂直時，做勻速圓周運動．

　　2、會推導帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑、週期公式，並會用它們解答有關問題．

　　3、知道質譜儀的工作原理．

　　能力目標

　　透過推理、判斷帶電粒子在磁場中的運動性質的過程，培養學生嚴密的邏輯推理能力．

　　情感目標

　　透過學習質譜儀的工作原理，讓學生認識先進科技的發展，有助於培養學生對物理的學習興趣．

　　教材分析

　　本節重點是研究帶電粒子垂直射入勻強磁場中的運動規律：半徑以及週期，透過複習相關力學知識，利用力於運動的關係突破這一重點，需要注意的是：

　　1、確定垂直射入勻強電場中的帶電粒子是勻速圓周運動；

　　2、帶電粒子的重力通常不考慮。

　　教法建議

　　由於我們研究的是帶電粒子在磁場中的運動情況，研究的是磁場力與運動的關係，因此教學開始，需要學生回憶相關的力學知識，為了引導學生分析推導粒子做勻速圓周運動的原因、規律，教師可以透過實驗演示引入，讓學生認真觀察實驗現象，結合運動和力的關係分析原因，總結規律，積極思考、討論例題，對規律加深理解、提高應用能力．最後透過例題講解，加深知識的理解．

　　教學設計方案

　　帶電粒子在磁場中的運動質譜儀

　　一、素質教育目標

　　（一）知識教學點

　　1、理解帶電粒子的初速度方向與磁感應強度方向垂直時，做勻速圓周運動．

　　2、會推導帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑、週期公式，並會用它們解答有關問題．

　　3、知道質譜儀的工作原理．

　　（二）能力訓練點

　　透過推理、判斷帶電粒子在磁場中的運動性質的過程，培養學生嚴密的邏輯推理能力．

　　（三）德育滲透點

　　透過學習質譜儀的工作原理，理解高科技的巨大力量．

　　（四）美育滲透點

　　用電子射線管產生的電子做圓周運動的精美影象感染學生，提高學生對物理學影象形式美的審美感受力．

　　二、學法引導

　　1、教師透過演示實驗法引入，複習提問法引導學生分析推導粒子做勻速圓周運動的原因、規律．透過例題講解，加深理解．

　　2、學生認真觀察實驗現象，結合運動和力的關係分析原因，總結規律，積極思考、討論例題，對規律加深理解、提高應用能力．

　　三、重點難點疑點及解決辦法

　　1、重點

　　帶電粒子垂直射入勻強磁場中的運動半徑和運動週期．

　　2、難點

　　確定垂直射入勻強磁場中的帶電粒子運動是勻速圓周運動．

　　3、疑點

　　帶電粒子的重力通常為什麼不考慮？

　　4、解決辦法

　　複習力學知識、引導同學利用力與運動的關係分析，討論帶電粒子在磁場中的運動情況。

　　四、課時安排

　　1課時

　　五、教具學具準備

　　演示用特製的電子射線管。

　　六、師生互動活動設計

　　教師先透過演示實驗引入，再啟發引導學生用力學知識分析原因，推導規律，透過例題講解，學生思考和討論進一步加深對知識的理解，提高學生運用知識解決實際問題的能力。

　　七、教學步驟

　　（一）明確目標

　　（二）整體感知

　　本節教學首先透過演示實驗告訴學生，當帶電粒子的初速度方向與磁場方向垂直時，粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動這一結論，然後試著用力與運動的關係分析粒子為什麼做勻速圓周運動，再由學生推導帶電粒子在磁場中的運動半徑和週期，根據力學知識，重點是理解運動半徑與磁感應強度、速度的關係；運動週期與粒子速率和運動半徑無關．

　　（三）重點、難點的學習與目標完成過程

　　1、引入新課

　　上一節我們學習了洛侖茲力的概念，我們知道帶電粒子垂直磁場方向運動時，會受到大小，方向始終與速度方向垂直的洛侖茲力作用，今天我們來研究一下，受洛侖茲力作用的帶電粒子是如何運動的？

　　2、粒子為什麼做勻速圓周的運動？

　　首先透過演示實驗觀察到，當帶電粒子的初速度方向與勻強磁場方向垂直時，粒子的.運動軌道是圓．

　　在力學中我們學習過，物體作勻速圓周運動的條件是物體所受的合外力大小不變，方向始終與速度方向垂直．當帶電粒子垂直於勻強磁場方向運動時，通常它的重力可以忽略不計（請同學們討論），可看作只受洛侖茲力作用，洛侖茲力方向和速度方向在同一個平面內，由於洛侖茲力方向總與速度方向垂直，因而它對帶電粒子不做功，根據動能定理可知運動粒子的速度大小不變，再由可知，粒子在運動過程中所受洛侖茲力的大小即合外力的大小不變，根據物體作勻速圓周運動的條件得出帶電粒子垂直勻強磁場運動時，作勻速圓周運動．

　　3、粒子運動的軌道半徑和週期公式

　　帶電粒子垂直於勻強磁場方向運動時做勻速圓周運動，其向心力等於洛侖茲力，請同學們根據牛頓第二定律，推導帶電粒子的運動半徑和週期公式．

　　經過推導得出粒子運動半徑，運動週期。

　　運用學過的力學知識理解，當粒子運動速度較大時，粒子要離心運動，其運動半徑增大，所以速度大，半徑也大；當磁場較強時，運動電荷受洛侖茲力增大，粒子要向心運動，其運動半徑減小，所以磁感應強度大，半徑小．由於帶電粒子運動速度大時，其運動半徑大，運動軌跡也長，可以理解粒子運動的週期與速度的大小和軌道半徑無關．為了加深同學們對半徑和週期公式的理解，舉下面的例題加以練習．

　　［例1］同一種帶電粒子以不同的速度垂直射入勻強磁場中，其運動軌跡如圖所示，則可知

　　（1）帶電粒子進入磁場的速度值有幾個？

　　（2）這些速度的大小關係為．

　　（3）三束粒子從O點出發分別到達1、2、3點所用時間關係為．

　　4、質譜儀

　　首先請同學們閱讀課本上例題的分析求解過程，然後組織學生討論質譜儀的工作原理．

　　（四）總結、擴充套件

　　本節課我們學習了帶電粒子垂直於勻強磁場運動的情況，經過實驗演示和理論分析得出粒子做勻速圓周運動．並根據牛頓運動定律得出粒子運動的半徑公式和週期公式．最後我們討論了它的一個具體應用——質譜儀．

　　但應注意的是如果帶電粒子速度方向不是垂直勻強磁場方向時，帶電粒子將不再是作勻速圓周運動．

　　八、佈置作業

　　（1）P156（1）～（6）