高中物理-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

《带电粒子在匀强磁场中的运动》教学设计教材分析本节内容是第三章磁场的最后一节，是前面知识的应用，符合学生的认知发展。同时本节内容与实际联系紧密，紧跟时代的发展，体现了时代性，有利于培养学生的科学素养。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，有一定的难度。学情分析本节教材的内容属于洛仑兹力知识的应用，为了使学生注意带电粒子在匀强磁场中运动的过程，采用课件动画模拟，反复观察验证着相关的猜想和结果。为了保持思想的流畅和活跃，逐步提出有关问题，分解成多个问题，阶梯式地上升，逼近结果，得出结论。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教学方法讨论、实验观察法、讲述法、分析推理法、练习反馈教学手段洛伦兹力演示仪、投影仪、、多媒体辅助教学设备、自制课件教学目标1．知识与技能

（1）知道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。（2）理解带电粒子垂直射入匀强磁场时的运动性质及相应的轨道半径和周期

（3）了解质谱仪和回旋加速器的工作原理2．过程与方法

通过观察演示和动画，知道洛伦兹力提供向心力，结合匀速圆周运动的公式，得出轨道半径和周期；利用带电粒子垂直射入匀强磁场时做匀速圆周运动，制造出质谱仪，是精确测量带电粒子的质量和分析同位素的一种重要工具。3．情感、态度与价值观

通过对带电粒子垂直射入匀强磁场做匀速圆周运动的轨道半径和周期公式的推导，培养学生严密的科学态度。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体会科技的创新与应用历程。教学重点理解轨道半径和周期。教学难点带电粒子在匀强磁场中的受力分析及运动径迹教学流程示意图巩固反馈拓展迁移建立模型与应用理性探究运动规律结全感性定性探究提出问题引入课题巩固反馈拓展迁移建立模型与应用理性探究运动规律结全感性定性探究提出问题引入课题教学过程教师活动学生活动设置意图创设情境引入新课播放关于回旋加速器的视频，提出问题：回旋加速器是使带电粒子回旋加速的仪器，粒子的加速可以通过电场实现，粒子的回旋是如何实现的呢？带着这个问题我们进入第六节的学习——带电粒子在匀强磁场中的运动学生观看视频，了解回旋加速器的作用激发学生的好奇心使学生注意力集中到本节要探讨的问题进行新课要研究物体的运动情况，首先要明确物体的受力情况，再结合物体的初速度，才能判断物体做什么运动。下面我们从两种最简单的情况入手，研究带电粒子平行进入匀强磁场以及垂直进入匀强磁场的运动。我们先看一下带电粒子平行进入磁场的情况如果带电粒子是垂直于磁场进入的，粒子的受力及运动情况又如何？推测垂直进入匀强磁场时粒子的运动情况【实验验证】1、介绍洛伦兹力演示仪的作用及构造。提问：（1）通过什么方法观察到电子的径迹？（2）引导学生根据所学知识预测以下内容：①不加磁场时，电子束的径迹；②加垂直纸面向里的磁场时，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【实验结论1】带电粒子速度方向与磁场垂直时，带电粒子在匀强磁场中做圆周运动。【实验结论2】粒子做匀速圆周运动的半径，随磁场强弱增强而减小；随速度的增大而增大。（4）思考与讨论：结合匀速圆周运动的有关公式，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？出示投影片，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。多媒体演示：改变动画中带电粒子的速度观察运动轨迹【应用】介绍带电粒子在汽泡室运动的径迹照片：提问：为什么粒子轨迹呈现半径减小的螺旋线形？邓小平说过“科学技术是第一生产力”，将圆周运动的知识都应用在科技上，人们发明了质谱仪和回旋加速器。我们先来认识质谱仪.【例2】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上求：（１）求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引导学生讨论质谱仪有何应用？表达式中的U、B是已知量，R可通过打在底片上的位置测出。根据这些量我们可以求比荷，如果我们知道带电粒子的电荷量q，我们就可以就出带电粒子的质量；如果从A中飘出的是同位素如氕氘氚，则q一定，m越大，半径越大，打在底片上的位置就越远，我们就可以通过位置判断同位素的质量，所以该装置又称质谱仪。【拓展】若粒子运动至D位置时，将质谱仪的装置倒置，粒子将继续做什么运动？轨迹又是怎样的呢？拓展中的情景实际上就是粒子在回旋加速器中运动的情景。3.回旋加速器回旋加速器就是先通过电场加速，又通过磁场回旋的一个装置。（1）介绍回旋加速器的基本构造（2）通过Flash展示回旋加速器的原理（3）解决技术中的问题【思考与讨论1】由于盒缝的宽度很小，粒子通过盒缝的时间忽略不计。假如粒子每经过一个半圆时间间隔相同,控制两盒间电势差的正负变换是比较容易的.但是粒子的运动越来越快,也许粒子走过半圆的时间间隔越来越短,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.实际情况是这样吗?【思考与讨论2】已知磁感应强度为B，粒子的电荷量为q，质量为m。为了保证粒子每次经过盒缝都被加速,电场方向每经过多长时间变化一次？电场变化的周期与粒子回旋的周期需要满足什么关系？【思考与讨论3】已知从粒子源发射出来的粒子的质量为m，电荷量为q，D形盒所处的磁场磁感应强度为B,半径为R。带电粒子经多次加速后，最终从D形盒边缘射出，根据题干中的数据你能否求出粒子离开回旋加速器的最大速度Vm、最大动能Ekm？对比多级加速器与回旋加速器，比较回旋加速器的优势学生分析受力情况及运动情况学生理论分析受力情况及运动情况，思考后回答：1.因为带电粒子受到一个大小不变、方向总与粒子运动方向垂直的洛伦兹力④洛伦兹力F=qvB⑤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，因此，洛伦兹力对粒子不做功，（1）电子射线使管内的低压水银蒸气发出光辉，显示出电子的径迹①没有磁场时，电子的径迹是直线；②外加匀强磁场时，电子的径迹是圆形③磁场越强，径迹的半径越小；④电子的出射速度越大，径迹的半径越大。观察实验，验证自己的预测是否正确。思考后回答问题：思考并根据所学公式解得：F心=mv2／r=f洛=Bqvr=mv/qB

T=2πr/V=2πm/qB观察得到速度与轨道半径的关系并回答观察图片思考问题：粒子在运动过程受到阻力，速度的大小减小，所以半径减小。思考、解题、上台板演、参与更正、得到结论：学生回答。先做加速直线，又做半径更大的圆周运动。如果不停的变化电场，粒子将不停的加速偏转。学生分组讨论并回答实际情况不是这样的，根据T=2πm/qB,得，粒子运动半圈的时间不变（2）根据t=T/2，得粒子运动半圈的时间。粒子每运动半圈，电场方向变化一次。（3）由于粒子运动的速度越来越大，所以运动半径也越来越大，最终从D形盒射出时，粒子运动的半径等于D形盒半径。由R=mvm/qB，得Vm=qBR/m，Ekm=q2B2R2/2m回顾研究物体运动的方法，进一步明确分析物体运动的方法培养学生问题探究的正确思维过程，形成科学探究方法。低起点，小台阶，通过多个问题的设置，使学生感受到成功的喜悦同时降低了难度知识的熟练应用使学生获得感性认识，同化理性推导的结果。。由学生自己处理例题，更好的了解质谱仪的原理和作用，培养学生解决实际问题的能力了解质谱仪在科学研究中的作用体会周期、半径公式在回旋加速器中的应用了解各种加速器的发展历程，体会回旋加速器的优越性。总结鼓励学生整理总结本节课内容回顾、整理、回答，其他同学补充回答锻炼学生总结能力深刻记忆。针对训练学案中练习部分完成练习巩固知识点作业完成P108“问题与练习”第1、2、5题。书面完成第3、4板书设计带电粒子在匀强磁场中的运动1、粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。轨道半径①周期②2、质谱仪3、回旋加速器教学效果本节课中，通过提出问题→猜想→实验验证→理论分析→例题巩固→类比模型，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。这一教学过程充分体现了教师着意培养学生的科学探究，体现了新课标要求的“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。教学反思由于初次到外校的录播室，电子白板的使用不是很熟练，实验仪器出现一点小故障，但马上解决了，这些因素导致讨论回旋加速器的技术问题时变得非常仓促。由于没有flash播放器，用flash演示回旋加速器在磁场中的运动过程这一部分改成黑板板书。缺乏运动过程的直观性，增加了学生讨论的难度。这节课成功之处在于抓住了研究物体运动的研究方法，通过实验、理论分析等方法得出带电粒子在匀强磁场的匀速圆周运动，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。回旋加速器问题的设计比较精细，降低了台阶。备注学情分析学生已经学习了匀速圆周运动内容，能够计算关于圆周运动向心力、半径、周期等问题，在第5节，也已学习过运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力的大小计算、方向判定。但学生分析问题解决问题的能力还不是很全面，本节中分析问题的思路对于学生来说是需要重点加强掌握的。效果分析这节课是在外校录制的一节课，我对学生个人情况及学校设备很陌生，学生对我也是完全陌生的。在这样的情况下，我对这节课的教学效果还是非常满意的.1、学生学习积极性很高，课堂兴奋度也挺高；2、学生参与度很高，尤其是讨论环节，每一个学生都在积极参与；3.、回旋加速器这部分的内容比较抽象，学生理解起来难度大。但是通过前面的铺垫，学生进行讨论之后能得出正确的结论。说明学生对本节课的理解很到位。当然这节课也有不尽人意之处。比如由于该电脑没有安装flash播放器，导致我准备的一些动画软件不能播发，使得学生失去了直观体会的素材。教材分析带电粒子在磁场中的运动是人教版高中物理选修3-1第三章磁场三章最第六节的内容，本节课是磁场这一章内容的重中之重，在高考题中常以综合计算题形式出现，本节教材既联系了高一的匀速圆周运动内容，又承接前面带电粒子在磁场中所受洛伦兹力的内容，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。学好本节内容将增强学生科学素质，能为今后进一步更好地掌握学习方法打下基础。观课记录这节课课堂流程设计好，通过理论与实践的相互印证，使该部分内容严谨又说服力。再一个特点就是容量大，能把这么大的容量放在一节课内，体现了课堂的高效性。多媒体的使用加强了对该部分知识的直观认识，也是一个亮点。这节课以视频引入新课，极大的增加了学生学习本节课的兴趣。可见联系生活，让知识回归生活是学习物理的根本。用洛伦兹力演示仪演示粒子的轨迹的实验让学生的兴奋度达到了一个高潮，通过分析与观察，学生通过理论推出的结果得到了肯定，不但加强了学生的记忆更加强了他们对该部分知识的理解。在小组讨论的环节，每一个学生都参与了讨论。可能是学生与教师比较陌生的原因，导致他们讨论及回答问题时都有点放不开。如果当时教师能对学生多加鼓励会更好。评测练习【课前回顾】一、洛伦兹力（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？洛伦兹力的大小如何计算？（3）洛伦兹力的方向有何特点？二、研究物体的运动一是要分析物体的情况，二是物体具有的速度。因此，力与速度就是我们研究物体运动规律的出发点和基本点。三、物体做匀速圆周运动的条件是什么？【课内探究】情景1、当电量为q，速度为v的带电粒子（不计重力）以平行于磁场的速度方向进入匀强磁场时，洛伦兹力为，则粒子做。情景2.当电量为q，速度为v的带电粒子（不计重力）以平行于磁场的速度方向进入匀强磁场时，1、理论分析：①洛伦兹力F的方向与v的方向和磁感应强度B的方向是什么关系？在哪个平面内？②洛伦兹力F对粒子运动的v有何影响？带电粒子在哪个平面内运动？③带电粒子所受的洛伦兹力F大小是否变化？④带电粒子在匀强磁场中将做什么样的运动？轨迹是什么？2、实验验证：实验结论：例题分析例1.如图所示，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？技术应用一——质谱仪例2．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，其初速度几乎为零，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。技术应用二——回旋加速器思考与讨论由于盒缝的宽度很小，粒子通过盒缝的时间忽略不计。假如粒子每经过一个半圆时间间隔相同,控制两盒间电势差的正负变换是比较容易的.但是粒子的运动越来越快,也许粒子走过半圆的时间间隔越来越短,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.实际情况是这样吗?把D形盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，从粒子源中射出的粒子质量为m，电荷量为q的粒子，为了保证粒子始终被加速，电场方向经过多长时间变化一次方向？【2】电场使粒子加速，磁场使粒子回旋。为了保证粒子始终被加速。电场方向变化的周期与粒子回旋的周期需要满足什么关系？例3．（回旋加速器）回旋加速器D型盒的半径为r匀强磁场的磁感应强度为B，一个质量为m，电荷量为q的粒子在加速器的中央从速度为零开始加速，根据回旋加速器的这些数据，请计算该粒子离开回旋加速器获得的动能？1．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=1:42、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，径迹上的每一小段都可近似看成圆弧。由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小（带电量不变）。从图中情况可以确定（）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3.同一种带电粒子以不同的速度垂直射入匀强磁场中，其运动轨迹如右图所示，则可知：（1）带电粒子进入磁场的速度值有几个？（2）这些速度的大小关系为

（3）三束粒子从O点出发分别到达1、2、3点所用时间关系为

4、如下图所示，在正方形abcd范围内，有方向垂直纸面向里的匀强磁场，电子各以不同的速率，都从a点沿ab方向垂直磁场射入，其中速率为v1的电子从c点沿bc射出，速率为v2的电子从d点沿cd方向射出。不计重力，两电子（）A．速率之比v1/v2=2B．在磁场中运行的周期之比T1/T2=1/2C．在磁场中运行的时间之比t1/t2=1/2D．半径之比R1/R2=15．如图所示，半径为r的圆形空间内，存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子（不计重力），从A点以速度v0垂直磁场方向射入磁场中，并从B点射出，∠AOB=120°，则该带电粒子在磁场中运动的时间为_______A．2πr/3v0 B．2πr/3v0C．πr/3v0 D．πr/3v06.在回旋加速器中,下列说法不正确的是()A．电场用来加速带电粒子,磁场则使带电粒子回旋B．电场和磁场同时用来加速带电粒子C．在交流电压一定的条件下,回旋加速器的半径越大,同一带电粒子获得的动能越大D．同一带电粒子获得的最大动能只与交流电压的大小有关,而与交流电压的频率无关7.课下独立或小组讨论完成以下几个几个问题，并寻求粒子进入有界磁场运动的规律（要求必须画图）：如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场的边界上，有两个质量和电荷量均相同的正负离子(不计重力)，从点O以相同的速率先后射入磁场中，入射方向与边界成θ角，那么正、负离子在磁场中(1)运动的时间相同吗？怎么判断？（2）运动的半径相同吗？根据是什么？（3）重新回到边界时速度的大小是否相等？方向相同吗？（4）重新回到边界的位置与O点距离是否相等？教学反思本课是高二物理《磁场》这个单元的重要内容。这节课大致有以下几个方面感到比较满意。

教学程序的设计比较合理

本节课的包含以下环节：引入新课部分，通过视频了解回旋加速器的重要作用。激发学生学习该部分的欲望。同时提出问题：带电粒子通过电场加速，带电粒子的回旋如何实现？创设