高中物理-3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动（第一课时）教学设计学情分析教材分析课后反思

1.6带电粒子在匀强磁场中的运动（第一课时）教学设计课题3.6带电粒子在匀强磁场中的运动（第一课时）课程类型新授课授课人年级高中二年级所在单位一、教材分析本节课是高中物理人教版选修（3-1）第三章《磁场》一章内容中的重中之重，是历届高考命题中的热点。学好本节课，不仅要求学生有很强的分析“力和运动关系”的能力，还要求学生有一定的平面几何的知识。这一节课的内容既是力学部分和电磁学部分旧知识的回忆复习，又是将这两部分有机整合进行全新理论的构建过程，同时也为带电粒子在复合场的运动研究奠定了基础。二、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、周期公式，知道它们与哪些因素有关。（二）过程与方法通过带电粒子在匀强磁场中的受力分析，灵活解决有关磁场的问题。（三）情感、态度与价值观通过本节知识的学习，充分了解科技的巨大威力，体会科技的创新与应用历程。三、教学重点难点教学重点：带电粒子在匀强磁场中的受力分析及运动径迹教学难点：带电粒子在匀强磁场中的受力分析及运动径迹四、学情分析本节教材的内容属于洛仑兹力知识的应用，采用先实验探究，再理论分析与推导的方法。先实验观察再理论论证比较符合一般学生的认知过程，也可降低学习的难度。五、教学方法实验观察法、讲述法、分析推理法六、课前准备1、学生的准备：认真预习课本和学案内容，完成自主检测题。2、教师的准备：洛伦兹力演示仪、电源、多媒体课件，课前预习学案，课内探究学案。七、课时安排：1课时八、教学过程（一）.复习巩固预习检查（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？不一定，洛伦兹力的计算公式为，为电荷运动方向与磁场方向的夹角，当=90°时，；当=0°时，。（二）设置情景引入新课极光是自然界中最漂亮的奇观之一，它是从宇宙深处射来的带电粒子进入地球磁场后，利用极光这种种灿烂美丽、炫目多彩的自然现象。展示《极光》视频短片。（三）、展示目标提出问题问题：带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时会做什么运动呢？四）合作探究精讲点拨1、带电粒子在匀强磁场中的运动情况：介绍洛伦兹力演示仪。引导学生预测电子束的运动情况。（1）.不加磁场时，电子束的径迹；（2）.加垂直纸面向外的磁场时，电子束的径迹；（3）.保持出射电子的速度不变，增大或减小磁感应强度，电子束的径迹；（4）.保持磁感应强度不变，增大或减小出射电子的速度，电子束的径迹。教师演示，学生观察实验，验证自己的预测是否正确。实验现象：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。磁场越强，径迹的半径越小；电子的出射速度越大，径迹的半径越大。引导学生分析：当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时，电子受到垂直于速度方向的洛伦兹力的作用，洛伦兹力只能改变速度的方向，不能改变速度的大小。因此，洛伦兹力对粒子不做功，不能改变粒子的能量。洛伦兹力对带电粒子的作用正好起到了向心力的作用。所以，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。思考与讨论：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，其轨道半径r和周期T为多大呢？FLASH动画演示，引导学生推导：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？如图所示。粒子做匀速圆周运动所需的向心力F=m是由粒子所受的洛伦兹力提供的，所以qvB=m由此得出r=①周期T=代入①式得T=②由①式可知，粒子速度越大，轨迹半径越大；磁场越强，轨迹半径越小，这与演示实验观察的结果是一致的。由②式可知，粒子运动的周期与粒子的速度大小无关。磁场越强，周期越短。介绍带电粒子在汽泡室运动的径迹照片，让学生了解物理学中研究带电粒子运动的方法。2、带电粒子在匀强磁场中的运动的分析方法⑴．运动轨迹a、匀速直线运动：带电粒子的速度方向与磁场方向平行(相同或相反)，此时带电粒子所受洛伦兹力为零，粒子将以速度v做匀速直线运动．b、匀速圆周运动：带电粒子垂直射入匀强磁场，由于洛伦兹力始终和运动方向垂直，因此，带电粒子速度大小不变，但是速度方向不断在变化，所以带电粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供粒子做匀速圆周运动的向心力．粒子做匀速圆周运动所需的向心力F=m是由粒子所受的洛伦兹力提供的，所以qvB=mv2/rVPMO由此得出r=由T=可得T=。VPMO总结：=1\*GB3①轨道半径和粒子的运动速率成正比，磁场越强，轨迹半径越小。=2\*GB3②带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期跟轨道半径和运动速率无关，磁场越强，周期越短。V0V0PMOV▲、圆心的确定①、已知入射方向和出射方向,可以通过入射点和出射点分别画入射方向和出射方向的洛伦兹力f的方向，其延长线的交点就是圆弧轨道的圆心。②、已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点画出入射方向的洛伦兹力f的方向（入射方向的垂线），连接入射点和出射点，画出其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心．▲、半径的确定和计算利用平面几何的关系，求出该圆的可能半径（或圆心角），并注意以下两个重要的几何特点：①．粒子速度的偏向角φ等与圆心角α，并等于AB弦与切线的夹角θ（弦切角）的２倍．即φ=α=2θ=ωt。②．相对的弦切角（θ）相等，与相邻的弦切角（θ’）互补，即θ＋θ’＝1800▲、运动时间的确定①、如图所示，粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，不论沿顺时针方向还是逆时针方向，从A点运动到B点，粒子速度偏向角(φ)等于圆心角(回旋角α)并等于AB弦与切线的夹角(弦切角θ)的2倍.即：φ=α=2θ=ωt.利用圆心角(回旋角α)与弦切角θ的关系，或者利用四边形内角和等于360°计算出圆心角α的大小，由公式t=αT/360°=αT/2π可求出粒子在磁场中的运动时间.②、若粒子运动的速率为v,弧长为s，则运动时间为t=s/v=rα/v。例题、如右图所示，一束电子的电荷量为e，以速度v垂直射入磁感应强度为B、宽度为d的有界匀强磁场中，穿过磁场时的速度方向与原来电子入射方向的夹角是30°，则电子的质量是多少？电子穿过磁场的时间又是多少？（五）规律总结、当堂检测（见学案）（六）布置作业完成：教材P102第1、3题。九、板书设计1、带电粒子在匀强磁场中运动的情况：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。轨道半径r=①周期T=②2、带电粒子在匀强磁场中运动的分析方法：3、典型例题分析十、教学反思本节课的重点是在让学生理解带电粒子垂直进入匀强磁场后，洛伦兹力总与速度垂直不做功的特点，从力和运动的关系得到半径和周期公式。要让学生自己分析探究带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动，推导粒子运动的轨道半径和周期公式，同时，要注重培养学生的建模型能力和分析综合能力。3.6带电粒子在匀强磁场中的运动（第一课时）·学情分析本节课的内容属于洛仑兹力知识的进一步应用，要学好这节课的知识，学生必须具有力学部分的曲线运动知识尤其是匀速圆周运动和向心力的知识，另外，对洛仑兹力的概念和特点等内容也应该有比较深刻的认识。学生的思维基础：平时教学中，注重“模型分析－猜想－实验验证－上升理论”模式的教学，学生已习惯于这种科学探究的学习模式。学生的心理特点：学生在强烈兴趣（实验引入）的驱使下，利用已有知识进行新规律的探究，既有挑战性，也有成就感。本节课最好采用的教学方法：先实验探究，再理论分析与推导，最后强化巩固。先实验观察再理论论证比较符合一般学生的认知过程，也可降低学习的难度。教学过程中，应以学生为主体，以教师为主导。在本具体落实上，采用如下措施并分布实施。1.复习回顾相关公式和解决力和运动的解决程序，为学生学习本节课打基础、做铺垫。2.有了必备的知识和方法作为基础，让学生先从力和运动的分析方法入手，结合实验视频，让学生知道带电粒子垂直磁场运动轨迹是个圆，能用学过的力学方法推导其运动半径和周期，并及时进行相关的巩固训练。3.复习总结本节内容，强调重、难点，布置作业。3.6带电粒子在匀强磁场中的运动（第一课时）·效果分析本节课的重点是在让学生理解带电粒子垂直进入匀强磁场后，洛伦兹力总与速度垂直不做功的特点，从受力分析得到运动方程，从而得到半径和周期公式。教师在整节课中，通过提出问题→理论分析加猜想→实验验证→例题巩固，让学生自己分析探究带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动，推导粒子运动的轨道半径和周期公式，与此同时培养学生的推理能力。回顾这节课的教学效果，分析如下：一、很好的落实了“三维”目标课程标准从“全面提高学生素养”的基本理念出发，提出了“知识与能力”、“过程与方法”、“情感态度与价值观”的三维目标。教学中，我努力改进教学方法、优化教学过程、加强目标意识，全面、准确地落实了新课标要求的“知识与技能、过程与方法以及情感态度价值观”三位一体的课程功能。二、精讲多练，培养学生积极参与意识。新课程倡导自主、探究、合作的学习方式。教学中，我尊重学生的独立性，积极鼓励学生独立学习，并创造机会让学生独立思考。同时，注意引导学生在学习过程中发现问题、提出问题、分析问题、解决问题，引导学生用自己的脑子想、要用自己的眼睛看、用自己的耳朵听、用自己的嘴说话，让学生用自己的心灵去感悟。三、对学情的把握不够十分准确上课开始时复习洛伦兹力和圆周运动的公式，由于普通班学生的层次不高，所以在新课教学中让学生自己推导匀速圆周运动半径和周期公式时反应有点慢。这也是之前准备时没有很好的考虑到学生对原来的知识有些遗忘，这也说明了在新旧知识交换的时候，对以前学过的内容要不断的加以巩固，尽量不要让学生在课堂学习时出现不必要的偏差。3.6带电粒子在匀强磁场中的运动（第一课时）·教材分析《带电粒子在匀强磁场中的运动》是高中物理人教版选修（3-1）第三章《磁场》的最后一节的内容。《磁场》一章是高中物理电磁学部分的重点章节之一，本节课又是《磁场》内容中的重中之重，是历届高考命题中的热点和频考点。所以，本节课在本章教学中乃至高中物理教学中都是一个非常重要环节。一.整体分析：《磁场》一章讲述的是电磁关系中基本理论之一的磁场以及磁场与电流和运动电荷间的作用规律。本节课的理论基础是力学部分的曲线运动知识尤其是匀速圆周运动和向心力相关内容以及前一节洛仑兹力概念和特点等内容。因此，这一节既是力学部分和电磁学部分旧知识的回忆复习，又是将这两部分有机整合进行全新理论的构建过程，同时也为带电粒子在复合场的运动研究奠定了基础。二.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、周期公式，知道它们与哪些因素有关。（二）过程与方法通过带电粒子在匀强磁场中的受力分析，灵活解决有关磁场的问题。（三）情感、态度与价值观通过本节知识的学习，充分了解科技的巨大威力，体会科技的创新与应用历程。三、重点难点教学重点;带电粒子在匀强磁场中的受力分析及运动径迹；教学难点：带电粒子在匀强磁场中的分析方法。总之，通过本节课的学习，学生一方面加强了对洛仑兹力作用特点以及匀速圆周运动向心力概念的把握，另一方面通过分析力与运动的关系得出带电粒子在磁场中的运动规律。而且，本节从实验探究，到理论分析，再到实际应用，让学生不但掌握知识，而且也增强学生的科学素质，培养了探究精神，提高了学生分析问题、解决问题的能力。3.6带电粒子在匀强磁场中的运动（第一课时）·评测练习一．选择题：（在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项是正确的，有的小题有多个选项是正确的）1．运动电荷(忽略重力)进入磁场后)可能做 ()A．匀速圆周运动 B．匀速直线运动C．匀加速直线运动 D．平抛运动2．两个粒子电荷量相同，在同一匀强磁场中受磁场力而做匀速圆周运动()A．若速率相等，则半径必相等B．若动能相等，则周期必相等C．若质量相等，则周期必相等D．若质量与速度的乘积大小相等，则半径必相等3.质子（P）和α粒子（H）以相同的速度垂直进入同一匀强磁场中，它们在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动，它们的轨道半径和运动周期关系是()A．R:R=1:2,T:T=1:2B.R:R=2:1,T:T=1:2C.R:R=1:2,T:T=2:1D.R:R=1:4,T:T=1:4图3-6-14．如图3－6－1所示，a和b是从A点以相同的动能射入匀强磁场的两个带等量电荷的粒子运动的半圆形轨迹，已知其半径ra＝2rb，由此可知 ()【出处：21教育名师】图3-6-1A．两粒子均带正电，质量比eq\f(ma,mb)＝eq\f(4,1)B．两粒子均带负电，质量比eq\f(ma,mb)＝eq\f(4,1)C．两粒子均带正电，质量比eq\f(ma,mb)＝eq\f(1,4)D．A、B、C都不对5．如图3-6-2所示，正方形容器处于匀强磁场中，一束电子从孔a垂直于磁场沿ab方向射入容器中，一部分从c孔射出，一部分从d孔射出，容器处于真空中，则下列结论中正确的是()图3-6-2图3-6-2A．从两孔射出的电子速率之比vc∶vd＝2∶1B．从两孔射出的电子在容器中运动的时间之比tc∶td＝1∶2C．从两孔射出的电子在容器中运动的加速度大小之比ac∶ad＝eq\r(2)∶1D．从两孔射出的电子在容器中运动的角速度之比ωc∶ωd＝2∶1二．计算题：（解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，不能只写出最后答案的不能得分；有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)6.电子自静止开始经M、N板间（两板间的电压为u）的电场加速后从A点垂直于磁场边界射入宽度为d的匀强磁场中，电子离开磁场时的位置P偏离入射方向的距离为L，如图所示。求匀强磁场的磁感应强度。（已知电子的质量为m，电量为e）图3-6-3图3-6-3（选做）7．已知质量为m的带电液滴，以速度v射入互相垂直的匀强电场E和匀强磁场B中，液滴在此空间刚好能在竖直平面内做匀速圆周运动．如图所示．求：(1)液滴在空间受到几个力作用？(2)液滴带电荷量及电性．图3-6-4(3)液滴做匀速圆周运动的半径多大？图3-6-43.6带电粒子在匀强磁场中运动（第一课时）·评测练习参考答案1、答案：AB2、答案：CD.解析：因为粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径r＝eq\f(mv,qB)，周期T＝eq\f(2πm,qB)又粒子电荷量相同且在同一磁场中，所以q、B相等，r与m、v有关，T只与m有关，所以C、D正确．3、答案：A4、答案：B.解析：由r＝eq\f(mv,qB)和Ek＝eq\f(1,2)mv2得，，由于q、B、Ek都相同，所以，由左手定则可判断两粒子都带负电，故B正确．5、答案：A解析：因为r＝eq\f(mv,qB)，从a孔射入，经c，d两孔射出的粒子的轨道半径分别为正方形边长和eq\f(1,2)边长，所以，A正确；6、解析：电子在M、N间加速后获得的速度为v，由动能定理得：mv2-0=eu电子进入磁场后做匀速圆周运动，设其半径为r，则：evB=m电子在磁场中的轨迹如图，由几何关系得：=由以上三式得：B=7．解析：(1).由于是带电液滴，它必然受重力，又处于电磁场中，还应受到电场力及洛伦兹力共三个力作用．(2).因液滴做匀速圆周运动，故必须满足重力与电场力平衡，所以液滴应带负电，电荷量由mg＝Eq，求得：q＝mg/E.(3).尽管液滴受三个力，但合力为等于洛伦兹力，所以仍可用半径公式R＝eq\f(mv,qB)，把电荷量代入可得：R＝eq\f(mv,\f(mg,E)B)＝eq\f(Ev,gB).答案：(1).3个(2).负电，eq\f(mg,E)(3).eq\f(Ev,gB)3.6带电粒子在匀强磁场中的运动（第一课时）·课后反思本节课是高中物理选修（3-1）人教版第三章《磁场》最后一节的内容，，是历届高考命题中的热点和频考点。上完这节课之后，我在同行和学生中进行了广泛的调研，并进行了深入的反思。我觉得这节课的成功之处主要有以下三点：

一、教学程序设计合理

：本节课的教学程序分为7大教学环节：

1、复习巩固：复习了“洛伦兹力”和“洛伦兹力是否对带电粒子做功”等问题，为新课教学打下良好的基础。2、新课引入：极光是自然界中最漂亮的奇观之一，它是从宇宙深处射来的带电粒子进入地球磁场后，利用极光这种种灿烂美丽、炫目多彩的自然现象。以视频的形式展示给学生，有效的激发了学生的积极性。3、学习目标展示：展示学习目标是教学的一个重要的环节，能使学生学有目标、听有方向。同时，在老师的指导下，学生能真正成为学习的主人，充分发挥学生的主体作用。4、新课讲授：

⑴.

课件模拟带电粒子在磁场中的匀速直线运动和匀速圆周运动。在匀速圆周运动中特别注意向心力（洛伦兹力）的大小和方向。

⑵.让学生推导带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径公式和周期公式。

⑶.课件模拟：改变m、v、q、B，观察半径的变化

⑷.课件模拟：两个m、q相同，v不同的粒子在同样的磁场中运动，观察周期是否相同。

⑸.通过例题，巩固半径公式和周期公式。让学生先演算，老师把学生做的情况进行反馈、点评。

5、规律总结：6、课堂小结：7、布置作业：

二、信息技术与教学内容有效整合

直接用“洛伦兹力演示仪”演示带电粒子的运动径迹，清晰度不高、观察的可行性不强。而应用多媒体技术就轻松地解决了这个问题，在本节课，我充分利用物理课件、flash动画和视频等形式，在适当的时候进行整合，就能有效的突破重点和难点。

有了带电粒子在磁场中径迹的显示过程，使学生有了感性认识，而不是简单的记忆结果。有了动画形象的衬托，更有利地帮助了学生理解和推导带电粒子在匀强磁场中匀速圆周运动的轨道半径和周期公式。三、学生主体地位得到发挥

首先提出问题，让学生发挥自己的想象力，进行猜想，然后又创设问题情景，启发学生的思维，理论分析得出垂直射入磁场的带电粒子在磁场中会做匀速圆周运动；接着让学生推导圆周运动的半径公式和周期公式，讲解例题时让学生充分思考，提问学生解题思路，让学生演算、并进行反馈，充分体现了以学生为主体的教学思想。

在反思中进步，

在反思中成长。纵观本节课，也有不太如意