高中物理-优质课带电粒子在匀强磁场中的运动教学设计学情分析教材分析课后反思

PAGE1PAGE带电粒子在匀强磁场中的运动--教学设计【教法学法】以指导学生观察探究为主，讲授法为辅【教学准备】：洛伦兹力演示仪、感应线圈、电源、多媒体等【教学过程】教师活动学生活动设计意图复习回顾：上节课我们学习了磁场对运动电荷的作用力，那么电荷速度和磁场平行，受力特点？运动特点？电荷速度和磁场垂直，受力大小和方向？运动特点搜索已学知识（洛伦兹力），但并不能很快找出规律，陷入思考中。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到本节课要探究的问题中来。猜想与假设：匀速圆周运动实验验证：介绍洛伦兹力演示仪①电子枪：射出电子②加速电场：作用是改变电子束出射的速度③励磁线圈：作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈中心的连线的匀强磁场工作原理：由电子枪发出的电子射线可以使管的低压水银蒸汽发出辉光，显示出电子的径迹a.不加磁场时观察电子束的径迹b.给励磁线圈通电，观察电子束的径迹实验探究定性分析：c.保持出射电子的速度不变，改变磁感应强度，观察电子束径迹的变化d.保持磁感应强度不变，改变出射电子的速度，观察电子束径迹的变化理论推导定量关系课堂练习受力分析和运动分析观察实验实验现象：1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；实验现象2：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.实验现象3：V不变，B增大，R减小B不变，V增大，R增大洛伦兹力提供电荷做匀速圆周运动所需要的向心力：学生做练习找同学到黑板讲解一系列问题的提出由浅入深，学生运用已学的知识对实验现象作出预测，然后通过观察实验验证自己的预测。在这个过程中，学生可以体会到成功的喜悦，有利于达成课堂教学中的情感目标。同时，还有利于培养学生理论联系实际的科学思维方法。学生更好地巩固半径、周期公式“气泡室”照片问题1：不同带电粒子的径迹半径为什么不一样？问题2：同一条径迹上为什么曲率半径会越来越小呢？观察图片并思考问题分析1：造成径迹半径不一样的原因是粒子的质量、速度、所带电荷量的多少不一样；分析2：带电粒子在运动过程中能量降低，速度减小，所以曲率半径就减小，径迹就成螺旋形。运用刚刚从演示实验中得到的有关知识解决实际问题，培养学生运用所学知识解决实际问题的能力质谱仪能否设计一个仪器，将比荷不同、初速度几乎为0的带电粒子分开？一个质量为m、电荷量为q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. (1)求粒子进入磁场时的速率。

(2)求粒子在磁场中的轨道半径。质谱仪：利用磁场对带电粒子的偏转，由带电粒子的电荷量，轨道半径确定其质量的仪器，叫做质谱仪．质谱仪最初由汤姆生的学生阿斯顿设计，他用质谱仪发现了氖20和氖22，证实了同位素的存在。思考与讨论：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。分析与论证：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=.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=从中可以看出，比荷不同的带电粒子进入磁场后将沿不同的半径做圆周运动，因而，打到照相底片不同的地方。这样带电粒子就被分开了。对教科书中的例题是这样处理的：先提出问题，然后由学生进行设计、引出教科书中的例题，有学生自己处理，从而得出质谱仪的工作原理，并论证了实验的可行性。在这个过程中学生又一次体会到了科学探究的快乐。回旋加速器问题1：要认识原子核的内部情况，必须把核“打开”，进行“观察”。然而，原子核被强大的核力约束，只有用极高能量的粒子作为“炮弹”去轰击，才能把它“打开”。那么怎样才能产生这些高能炮弹呢？1.加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加，qU=Ek．2．直线加速器，多级加速。3．直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间范围内制造直线加速器受到一定的限制。问题2：有没有什么办法可以让带电粒子在加速后又转回来被第二次加速，如此反复“转圈圈”式地被加速，加速器装置所占的空间不是会大大缩小吗？回旋加速器的原理两D形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙有交变电场电场使粒子加速，磁场使粒子回旋。粒子回旋的周期不随半径改变。让电场方向变化的周期与粒子回旋的周期一致，从而保证粒子始终被加速。问题3：由于粒子运动得越来越快，如果粒子走过半周的时间越来越短，这样两盒间电势差的正负变换就要越来越快，从而造成技术上的一个难题。实际情况是这样的吗？问题4：粒子每经过一次加速，它的轨道半径就会大一些，为什么？回旋加速器加速带电粒子，能量达到25~30Mev后，就很难被加速了，原因是，按照狭义相对论，粒子的质量随着速度的增加而增大，而质量的变化导致其回转周期的变化，从而破坏了与电场变化周期的同步。.分析1：利用电场对带电粒子进行加速，加速电压越高，粒子获得的能量就越大。分析2：可以让带电粒子通过磁场做圆周运动，从而可以被第二次加速。分析3：带电粒子在磁场中的运动周期与速度无关，由带电粒子自身性质和磁场的强弱决定，所以，当带电粒子的速度越来越大时，其走过半圆的时间并不改变，因此，两盒间电势差的正负变换的时间间隔不变。速度增大，半径增大带电粒子的最终能量当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，由r=mv/qB得v=rqB/m，若D形盒的半径为R，则带电粒子的最终动能：所以，要提高加速粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R。依据学生现有的知识和能力一般能联想到用电场对带电粒子进行加速，所以该问题有学生自行解决多级加速和回旋加速器来说比较困难。所以，由教师先引导，再让学生联想设计。在这里通过对加速器发展过程的了解，使学生认识到科学发现的艰辛与快乐，同时又体会到科学技术就是生产力的道理。课堂小结：带电粒子在匀强磁场中的运动——学情分析【学生学情分析】前面我们已经学过左手定则及洛伦兹力内容，知道了运动电荷在磁场中受力的方向与物体运动方向垂直及洛伦兹力的公式，为本节课的学习做好了知识准备，但学生的应用能力还有待提高。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带电粒子在匀强磁场中的运动——课堂效果分析表

学生姓名班级课题课程背景下学生学习方式的转变——自主学习、探究学习、合作学习.观察记录学

生

表

现评分备注1.课前有否准备，准备得怎么样？

4

学生能在课前认真预习2.学习兴趣是否浓厚,情绪是否高昂？

5

3.有否倾听老师的讲课，有辅助行为（记笔记/查阅/回应）吗？

4

记笔记较多，回应也比较多4.有否倾听同学的发言，有辅助行为（记笔记/查阅/回应）吗？

4

倾听思考比较积极5.参与提问/回答的人数、时间、对象、过程、质量如何？

2

能够积极回答问题的同学比较少，和本节课的内容特点有关系6.参与小组讨论的次数、时间、对象、过程、质量如何？

2

本节课可以安排小组讨论的内容不多7.自主学习的质量如何，自主学习形式（探究/记笔记/阅读/思考）有哪些？

3

教学中预设了比较多的逻辑推理环节，学生思考比较积极8.学习中，能否对师生提出的观点大胆质疑，提出不同意见.

4

9.学习中，能否应用已经掌握的知识与技能，解决新问题.

4

10.预设的目标达成如何，有什么证据（观点/作业/表情/板演/演示）？

4

能够推理出合理的结论评价

整个课堂学生的反应还是不错的，师生互动，顺利完成本课教学

注：评分为5分制：优—5分，良—4分，好—3分，一般—2分，尚可—1分.

带电粒子在匀强磁场中的运动——教材分析教材分析本节课的内容是高考的热点之一，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，在教学中要多给学生思考的时间.本节教材的内容属于洛伦兹力知识的应用，教科书采用了先实验探究，再理论分析与推导的顺序。带着实验得到的感性材料，再用学过的知识进行理论分析，从理论的高度推导出实验现象的必然性，这样先实验观察在理论论证比较符合一般的认知过程，也降低了学习的难度。当然，如果学生的整体水平比较高，学生需要高强度的思维训练，也可以采用先理论分析，再实验验证的顺序。不管采用怎样的顺序，都应该使学生既有丰富的感性材料，又有清晰的理论依据，让学生在这一学习过程中对理论与实践相结合的研究方法有所体会，并且在学习过程中尝到成功的喜悦。作为带电粒子在匀强磁场中的运动的知识在现代科技中广泛应用的实例，质谱仪和回旋加速器也是本节的重要内容，可以培养学生的综合运用力学知识和电学知识的能力。带电粒子在匀强磁场中的运动——评测练习【检测】1.用回旋加速器分别加速α粒子和质子时，若磁场相同，则加在两个D形盒间的交变电压的频率应不同，其频率之比为（）A．1：1B.1：2C.2：1D.1：32.一电子在匀强磁场中,以固定的正电荷为圆心,在圆形轨道上运动.磁场方向垂直它的运动平面,电场力恰是磁场力的三倍.设电子电荷量为e,质量为m.磁感应强度为B.那么电子运动的角速度应当是()第3题3.一个带电粒子,沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场,粒子的一段径迹如图所示,径迹上的每小段都可以近似看成圆弧,由于带电粒子使沿途空气电离,粒子的能量逐渐减小(带电荷量不变),从图中情况可以确定()第3题A．粒子从a到b,带正电B．粒子从b到a,带正电C．粒子从a到b.带负电D．粒子从b到a,带负电4.回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图7所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法中正确的是()A．增大匀强电场的加速电压B．增大磁场的磁感应强度C．减小狭缝间的距离D．增大D形金属盒的半径5、质子（）和粒子（）从静止开始经相同的电势差加速后垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，则这两个粒子的动能之比Ek1∶Ek2=______________，轨道半径之比r1∶r2=_____________，周期之比T1∶T2=______________。

6、如图所示，一质量为m，电荷量为q的粒子从容器A下方小孔S1飘入电势差为U的加速电场。然后让粒子垂直进入磁感应强度为B的磁场中做匀速圆周运动，最后打到照相底片D上，如图3所示。求①粒子进入磁场时的速率；②粒子在磁场中运动的轨道半径。带电粒子在匀强磁场中的运动——课后反思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，从受力分析得到运动方程，从而得到半径和周期公式。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类比模型和转移模型的能力。带电粒子在匀强磁场中的运动——课标分析教学目标（一）知识与技能1