质谱仪与回旋加速器中的运动 教学设计 高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

高中物理选择性必修二.4质谱仪与回旋加速器一、教材分析物理课程标准：知道质谱仪和回旋加速器的基本原理,以及相应的工作过程，理解在电场、磁场中的运动规律。教材内容及体系安排：通过前面学习，知道电荷在电场、磁场中的分别受到电场力、洛伦兹力，当电荷（粒子）在匀强电场中运动的方向与电场强度方向平行时。匀强电场对电荷（粒子）起到加速的作用，当运动的电荷（粒子）运动的方向。与匀强磁场中磁感应强度的方向不平行时，运动的电荷（粒子）受到洛伦兹力作用。改变运动的方向，轨迹发生偏转。洛伦兹力提供做匀速圆周运动的向心力。二、学情分析授课学生对象：高二年级的学生知识储备：带电粒子（微粒）在电场、磁场中的运动特点能力基础：理解粒子收到电场力的作用，会对带电粒子起到加速、偏转作用，磁场会起到偏转作用。思维方式：比较抽象，不能用空间解释带电粒子的运动情况分析。想象不到具体的运动情况，以及找相应的运动轨迹。三、教学目标与核心素养物理观念学生知道带电粒子在匀强电场、磁场中运动的特点，以及遵循的相关规律，清楚在生活中的重要性。科学思维∶训练学生运用电场和磁场的知识解决实际问题，培养其科学思维能力。培养学生的逻辑思维能力和分析问题的能力，科学探究通过演示实验的引导，培养学生实验动手操作能力。让学生能够从理论学习走向实践操作，培养学生的物理思维能力。科学态度与责任通过演示实验的引导，培养学生团队合作精神，数据的处理追求实事求是的科学责任。四、教学重难点教学重点：带电粒子在电场和磁场中的运动特点及规律质谱仪、回旋加速器的工作原理和生活中的应用教学难点：①质谱仪和回旋加速器的原理和应用，理解质谱仪用来测量同位素、质量比、半径比关系，回旋加速器最大初动能与加速电压无关原因。五、教法学法教法：讲授法、实验探究法、练习法学法：自主探究法、讨论交流法、六、教学准备多媒体课件、圆规、绳子、细线七、教学过程温故知新、复习导入复习洛伦兹力、安培力的内容，相应的方向、大小的计算。新课教学：介绍质谱仪的使用原理质谱仪的构造：装置A发射器、加速电场s1、速度选择器s2、偏转磁场s2.介绍其中相关仪器的作用装置A发射器：提供带电的粒子（电荷）加速电场s1：对释放电荷（粒子）起到加速的作用，达到相同的速度到达s速度选择器s2：对运动粒子（电荷）的速度，速度必须满足V=E偏转匀强磁场：提供运动的（粒子）电荷做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。新课教学1：介绍质谱仪的加速电场运动的电荷重力可以估计忽略不计，因此只收到s1中收到的电场力的作用。运动的电荷在电场力作用下，做匀加速直线运动。最后达到相应的速度进入s2的速度选择器，在速度选择器中可以施加电场、磁场。让其运动电荷所受的电场力、洛伦兹力平衡，挑选出速度只有达到V=带电粒子经过加速电场后的速度:由动能定理1带电粒子、电荷在偏转匀强磁场中做匀速圆周运动：由洛伦兹力提供向心力：qvB=m带电粒子电荷在匀强磁场中运动的轨道半径：r=带电粒子电荷在匀强磁场中运动的周期：T=2π带电粒子电荷在匀强磁场中运动的时间t=课堂练习1：完成下图中的习题

如图所示为质谱仪原理示意图。设粒子质量为m、电荷量为q,加速电场电压为偏转磁场的磁感应强度为B,粒子其初速度为零，则粒子进人匀强磁场时的速度是多大?打在底片上的位置到S.的距离多大?新课教学2：介绍回旋加速器的使用原理回旋加速器的构造中空的半圆形金属盒、交流电源、匀强磁场2.介绍其中相关仪器的作用中空的半圆形金属盒：提供运动电荷匀速圆周运动的轨道。改变运动电荷的运动方向，让运动的电荷获得做大的动能。交流电源：提供运动电荷的加速电场，对粒子起到加速作用。运动的周期等于粒子在磁场中圆周运动的周期，粒子经过一个周期被加速两次。新课教学2：利用视频播放的形式，在介绍两个仪器工作的原理，引出运用回旋加速器的原因。经过加速电场的粒子、电荷速度1带电粒子、电荷出磁场的最大初动能E课堂练习2（回旋加速器的应用）回旋加速器两个D形分别和交流电源相接，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中。磁场方向垂直于盒底面，粒子源之于盒的圆心附近，粒子的电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋加速半径为r。粒子分别在电场、盒子内磁场中做什么运动交流电源的频率粒子加速后获得的最大初动能八、板