高中物理教科版高中1 磁场洛伦兹力的应用教学设计

1、四川省都江堰中学高中物理教学设计选修3-1 第三章 第5节 洛伦兹力的应用课题名称洛伦兹力的应用授课教师李 璐教学对象高二学生计划课时第1课（共2课时）一、教材内容分析带电粒子在磁场中的运动在现代科学技术中有广泛的实际应用，也是高考的重要考点。本节知识洛伦兹力的应用与现代科学技术联系紧密，综合性较强，有很明显的力学特征，要善于将力学知识和方法迁移运用。利用磁场控制带电粒子运动和质谱仪的基本结构和工作原理是本节的重点，通过本知识的学习，培养学生综合运用力学知识和电学知识分析、解决问题的能力。二、学生学情分析学生对电场和磁场的知识已有了一定的知识储备，本节课希望通过问题的设置促进学生思考，让学生运

2、用已有的知识来获取新知识，即运用洛伦兹力和圆周运动的知识了解电视机显像管和质谱仪的工作原理。三、教学目标物理观念1、会判断洛伦兹力的方向并计算洛伦兹力的大小；2、了解电子束的磁偏转原理以及在科学技术中的应用。了解电视机显像管和质谱仪的工作原理。科学思维1、知道利用磁场控制带电粒子的偏转；2、了解电视机显像管、速度选择器、质谱仪的基本结构和工作原理。科学探究1、以问题设置引导学生思考，感受运用物理学原理解决实际问题的方法；2、通过在电视机显像管、速度选择器、质谱仪等背景下研究带电粒子在场中的运动，强化电场加速、磁场偏转的意义及相关仪器的设计思路。科学态度与责任1、创设问题情境，引导学生学习科学家

3、在科学探究中所体现出的科学精神和态度；2、通过实例分析，体会物理知识的应用价值。四、教学重难点分析1、利用磁场控制带电粒子运动和质谱仪的基本结构、工作原理是本节的重点。2、质谱仪工作原理的探究过程是本节课的重点，也是难点。五、教学方法1、探讨式学习，教师启发引导；2、自主合作探究式学习：建立小组讨论、交流协作的课堂氛围。六、教学过程设计教学过程教师活动学生活动设计意图课题引入（约2min）播放与圆有关的图片，并利用洛伦兹力演示仪，使学生感受圆这一最完美的图形，引出带电粒子在垂直于磁场方向的轨迹圆在科技中的应用。观看后对带电粒子在垂直于磁场方向的轨迹圆在科技中的应用产生强烈的好奇心和探索欲望。以

4、与圆有关的图片引入，使学生在轻松的氛围中感受自然美和物理美。应用一：利用磁场控制带电粒子运动（约12min）【创设情景】在真空条件下，一个圆形区域内有如图所示的匀强磁场，磁感应强度大小为B，该圆形的半径为r，一个质量为m，电荷量为+q（不计重力），初速度大小为v0的带电粒子沿PO方向由P点射入磁场，从Q点射出磁场，试分析带电粒子在磁场中的偏转角度与哪些因素有关？【引导探究】引导学生探究得出速度偏向角的表达式。【归纳总结】对一定的带电粒子（m，q ，v0一定），B越大，则越大。【应用体现】电视机显像管显像管的基本结构：电子枪产生高能电子束；通电线圈提供磁场，使电子束发生偏转；荧光屏使电子束发光。

5、（教师通过FLASH动画模拟）学生猜想：与匀强磁场的磁感应强度和运动电荷的速度有关。学生探究：利用带电粒子在垂直磁场方向做匀速圆周运动的相关知识，得出速度偏向角的表达式。学生：通过对具体应用的进一步分析，体会磁场对带电粒子的控制作用。通过协作及讨论，完成任务。通过创设物理情景，学生猜想、探究问题得出速度偏向角的表达式。应用二：质谱仪（约24min）【视频播放】播放与质谱仪相关的视频，说明我国从买质谱仪到造质谱仪，在质谱领域中也走在了世界前列，从质谱仪在中国的发展讲起，使学生充满民族自豪感。介绍科技兴国的重要性。【归纳总结】图片展示质谱仪在生产生活中的应用。介绍这些实际应用都是在测定带电粒子的荷

6、质比的基础上实现的，从而得出质谱仪是测定带电粒子荷质比的仪器。观看视频，体会质谱仪在科学研究中的重要性。 引发学生对科技的思考，了解质谱仪在生产和生活中神奇应用-物理与自然、科技、生活密不可分。【问题探究一】如何测定带电粒子的荷质比？学生探究：利用带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径方程，得出带电粒子的荷质比与带电粒子的运动速度，轨道半径以及匀强磁场的磁感应强度有关。体会科学家的设计意图，训练学生的逻辑推理能力。【问题探究二】如何使带电粒子获得速度？（教师创设电场加速情景）学生猜想：电场加速。【问题探究三】如何测微观带电粒子的运动速度。问题1：将带电粒子（质量m，电量q，重力不计）以速度v垂直

7、打入匀强电场中将做什么运动？问题2：将带电粒子（质量m，电量q，重力不计）以速度v垂直打入匀强磁场中将做什么运动？问题3：将带电粒子（质量m，电量q，重力不计）以速度v垂直打入电场和磁场的复合场中将做什么运动？学生分小组讨论：小组代表分享讨论结果。通过带电粒子在电场或磁场中的运动情况，再过渡到复合场，层层深入，使学生通过受力情况与运动情况的分析，得出速度选择器的特点。锻炼学生分析能力，体验科学探究的快乐【归纳总结】速度选择器：结构、原理、特点只有具有特定速度的带电粒子可以沿直线通过电场和磁场的复合场。其速度：【问题探究四】如何测带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的轨道半径？问题1：若场确定，测出L

8、，那么我们实际上是测出了什么？（比荷是基本粒子的重要数据之一，测定比荷是研究物质结构的重要方法。1987年，汤姆孙正是利用此方法测量了阴极射线粒子的荷质比，从而发现了电子）。问题2：若场确定，我们控制进入的粒子具有相同的电荷量，测出L，我们可以测量有关粒子的什么信息？（若场确定，L越大，带电粒子的质量越大，各种电荷量相同，质量不同的带电粒子以相同速度经速度选择器和偏转磁场后，按其质量差异进行分离，在底片上按其质量把它们排列出来，便得到了这些带电粒子的质谱图。质谱仪最初由阿斯顿设计，发现了核物质中的同位素，荣获1922年的诺贝尔化学奖。）学生通过协作及讨论，完成任务。学生得出结论：学生得出结论：

9、学生阅读教材教师引导学生对结果进行讨论，让学生了解有关质谱仪的知识，了解质谱仪在科学研究中的作用。【归纳总结】质谱仪：作用、结构、原理。【动画模拟】（教师通过FLASH动画模拟）【视频播放】播放质谱仪的内部结构及工作原理。【针对训练】1、如图所示是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2。平板S下方有强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是（ ）A质谱仪是分析同位素的重要工具B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/BD粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小学生结合所学知识独立完成，再分享答案。通过观看视频中质谱仪的复杂结构，体会中国质谱技术能走入世界先进前列所付出的艰辛