1.3带电粒子在匀强磁场中的运动 教学设计 -2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

1.3带电粒子在匀强磁场中的运动教学设计-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册一、教材分析

本节课的内容选自2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册，主要讲述了带电粒子在匀强磁场中的运动。通过本节课的学习，学生可以掌握带电粒子在磁场中的运动规律，了解洛伦兹力的概念，并能够运用这些知识解决实际问题。本节课的知识点与初中物理中的磁场知识有一定的联系，但深度和难度都有所提高，需要学生具备一定的物理基础。

本节课的主要内容包括：

1.洛伦兹力的概念及其计算公式；

2.带电粒子在匀强磁场中的运动方程；

3.带电粒子在磁场中的轨迹分析；

4.实际应用举例。

为了提高学生的学习兴趣和参与度，本节课可以采用实验演示、例题讲解和小组讨论等多种教学方法，引导学生主动思考、积极探究，从而更好地理解和掌握本节课的知识点。同时，通过本节课的学习，学生可以培养严谨的科学态度和解决问题的能力，为后续的学习打下坚实的基础。二、核心素养目标

本节课的核心素养目标旨在培养学生的物理学科核心素养，包括物理观念、科学思维、科学探究和实践创新等方面。通过学习带电粒子在匀强磁场中的运动，学生可以建立正确的物理观念，理解电荷、磁场和洛伦兹力的概念及其关系，培养科学思维，掌握带电粒子在磁场中的运动规律，并能运用这些知识解决实际问题。同时，通过实验演示和例题讲解，学生可以培养科学探究精神，学会运用科学方法进行问题分析和解决。此外，本节课还注重培养学生的实践创新能力和团队合作精神，通过小组讨论和互动交流，提高学生的参与度和积极性，培养学生的创新思维和实践能力。三、重点难点及解决办法

本节课的重点难点主要集中在洛伦兹力的概念及其计算公式、带电粒子在匀强磁场中的运动方程以及带电粒子在磁场中的轨迹分析。

1.洛伦兹力的概念及其计算公式：重点在于理解洛伦兹力的概念，掌握其计算公式。解决方法是通过实验演示和例题讲解，帮助学生直观地理解洛伦兹力的作用，并通过练习题加强学生的理解和运用能力。

2.带电粒子在匀强磁场中的运动方程：难点在于理解和掌握带电粒子在磁场中的运动方程。解决方法是通过例题讲解和练习题，帮助学生理解运动方程的推导过程和应用方法，并通过小组讨论和互动交流，提高学生的理解能力。

3.带电粒子在磁场中的轨迹分析：难点在于理解和掌握带电粒子在磁场中的轨迹分析方法。解决方法是通过例题讲解和练习题，帮助学生掌握轨迹分析的方法和技巧，并通过小组讨论和互动交流，提高学生的分析能力。四、教学方法与手段

1.教学方法：

（1）实验演示法：通过实验演示，让学生直观地观察带电粒子在磁场中的运动规律，增强学生的感官体验，激发学生的学习兴趣。

（2）讲授法：教师通过讲解带电粒子在匀强磁场中的运动原理和公式推导，帮助学生建立完整的知识体系，提高学生的理解能力。

（3）讨论法：组织学生进行小组讨论，引导学生主动思考和交流，培养学生的合作精神和批判性思维。

2.教学手段：

（1）多媒体教学：利用多媒体设备展示带电粒子在磁场中的运动动画，帮助学生直观地理解运动轨迹和洛伦兹力的作用。

（2）教学软件：运用教学软件进行模拟实验，让学生在虚拟环境中操作和观察带电粒子在磁场中的运动，提高学生的实践能力。

（3）互动教学：利用教学软件进行实时互动，如在线答题、讨论区交流等，激发学生的学习兴趣，提高学生的参与度。

（4）实物教具：准备实物教具，如电流表、磁场演示器等，帮助学生直观地了解磁场和洛伦兹力的概念，提高学生的感官体验。

（5）网络资源：提供相关网络资源，如学术论文、教学视频等，拓宽学生的知识面，培养学生的自主学习能力。

（6）学习小组：将学生分成小组，进行合作学习，培养学生的团队合作精神和交流能力。五、教学实施过程

1.课前自主探索：

教师活动：提前布置预习任务，要求学生阅读教材，了解带电粒子在匀强磁场中的运动相关概念和公式。

学生活动：学生自主阅读教材，完成预习任务，初步了解本节课的知识点。

教学方法：自主学习法

教学手段：教材、网络资源

教学资源：教材、网络资源

作用和目的：帮助学生提前了解本节课的知识点，为课堂学习打下基础。

2.课中强化技能：

教师活动：通过实验演示，引导学生观察带电粒子在磁场中的运动，讲解洛伦兹力的概念和计算公式。

学生活动：学生观察实验演示，跟随教师的讲解，理解洛伦兹力的概念和计算公式。

教学方法：实验演示法、讲授法

教学手段：多媒体设备、教学软件、实物教具

教学资源：多媒体设备、教学软件、实物教具

作用和目的：通过实验演示，让学生直观地理解洛伦兹力的作用，并通过讲授法帮助学生掌握计算公式。

教师活动：组织学生进行小组讨论，引导学生运用所学知识分析带电粒子在磁场中的运动轨迹。

学生活动：学生分组讨论，分析带电粒子在磁场中的运动轨迹，总结规律。

教学方法：讨论法

教学手段：多媒体设备、教学软件

教学资源：多媒体设备、教学软件

作用和目的：通过小组讨论，培养学生的合作精神和批判性思维，帮助学生掌握带电粒子在磁场中的运动轨迹分析方法。

3.课后拓展应用：

教师活动：布置课后习题，要求学生运用所学知识解决实际问题。

学生活动：学生独立完成课后习题，运用所学知识解决实际问题。

教学方法：练习法

教学手段：教材、网络资源

教学资源：教材、网络资源

作用和目的：通过课后习题，巩固学生对带电粒子在匀强磁场中运动规律的理解和运用能力，培养学生的实践创新能力。六、知识点梳理

1.洛伦兹力的概念及其计算公式：

-洛伦兹力的定义：洛伦兹力是指带电粒子在磁场中受到的力，其方向与带电粒子的速度方向和磁场方向有关。

-洛伦兹力的计算公式：F=qvBsinθ，其中q为带电粒子的电荷量，v为带电粒子的速度，B为磁场强度，θ为带电粒子速度方向与磁场方向之间的夹角。

2.带电粒子在匀强磁场中的运动方程：

-运动方程：mv=q(vxB)，其中m为带电粒子的质量，vx为带电粒子在垂直于磁场方向上的速度分量。

-运动轨迹：根据运动方程，带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹为圆周运动。

3.带电粒子在磁场中的轨迹分析：

-圆周运动的半径：r=mv/qB，其中r为圆周运动的半径。

-圆周运动的周期：T=2πr/vx，其中T为圆周运动的周期。

-圆周运动的频率：f=1/T，其中f为圆周运动的频率。

4.实际应用举例：

-质谱仪：质谱仪利用磁场分析带电粒子，通过测定粒子在磁场中的运动轨迹，可以分析粒子的质量和电荷。

-回旋加速器：回旋加速器通过不断加速带电粒子，使其在磁场中做圆周运动，从而获得高能粒子。

5.实验演示：

-实验目的：通过实验演示，让学生直观地观察带电粒子在磁场中的运动规律，理解洛伦兹力的作用。

-实验器材：电流表、磁场演示器、带电粒子源。

-实验步骤：

-开启磁场演示器，调整磁场强度。

-连接带电粒子源，产生带电粒子。

-观察带电粒子在磁场中的运动轨迹，记录数据。

-分析数据，验证洛伦兹力的作用。

6.例题讲解：

-例题1：一个带正电粒子以速度v进入匀强磁场B中，求粒子在磁场中的运动轨迹半径。

-解题步骤：

-根据洛伦兹力公式，计算粒子受到的洛伦兹力。

-根据运动方程，计算粒子的运动轨迹半径。

-分析粒子在磁场中的运动轨迹，得出结论。

-例题2：一个带负电粒子以速度v进入匀强磁场B中，求粒子在磁场中的运动轨迹半径。

-解题步骤：

-根据洛伦兹力公式，计算粒子受到的洛伦兹力。

-根据运动方程，计算粒子的运动轨迹半径。

-分析粒子在磁场中的运动轨迹，得出结论。

7.练习题：

-练习题1：一个带正电粒子以速度v进入匀强磁场B中，求粒子在磁场中的运动轨迹半径。

-练习题2：一个带负电粒子以速度v进入匀强磁场B中，求粒子在磁场中的运动轨迹半径。

-练习题3：一个带正电粒子以速度v进入匀强磁场B中，求粒子在磁场中的运动周期。

-练习题4：一个带负电粒子以速度v进入匀强磁场B中，求粒子在磁场中的运动周期。七、重点题型整理

1.题目：一个带正电粒子以速度v进入匀强磁场B中，求粒子在磁场中的运动轨迹半径。

-解题步骤：

-根据洛伦兹力公式，计算粒子受到的洛伦兹力。

-根据运动方程，计算粒子的运动轨迹半径。

-分析粒子在磁场中的运动轨迹，得出结论。

-答案：粒子在磁场中的运动轨迹半径为r=mv/qB。

2.题目：一个带负电粒子以速度v进入匀强磁场B中，求粒子在磁场中的运动轨迹半径。

-解题步骤：

-根据洛伦兹力公式，计算粒子受到的洛伦兹力。

-根据运动方程，计算粒子的运动轨迹半径。

-分析粒子在磁场中的运动轨迹，得出结论。

-答案：粒子在磁场中的运动轨迹半径为r=mv/qB。

3.题目：一个带正电粒子以速度v进入匀强磁场B中，求粒子在磁场中的运动周期。

-解题步骤：

-根据圆周运动的周期公式，计算粒子的运动周期。

-分析粒子在磁场中的运动轨迹，得出结论。

-答案：粒子在磁场中的运动周期为T=2πr/vx。

4.题目：一个带负电粒子以速度v进入匀强磁场B中，求粒子在磁场中的运动周期。

-解题步骤：

-根据圆周运动的周期公式，计算粒子的运动周期。

-分析粒子在磁场中的运动轨迹，得出结论。

-答案：粒子在磁场中的运动周期为T=2πr/vx。

5.题目：一个带正电粒子以速度v进入匀强磁场B中，求粒子在磁场中的运动轨迹。

-解题步骤：

-根据洛伦兹力公式，计算粒子受到的洛伦兹力。

-根据运动方程，计算粒子的运动轨迹半径。

-分析粒子在磁场中的运动轨迹，得出结论。

-答案：粒子在磁场中的运动轨迹为圆周运动，半径为r=mv/qB。

6.题目：一个带负电粒子以速度v进入匀强磁场B中，求粒子在磁场中的运动轨迹。

-解题步骤：

-根据洛伦兹力公式，计算粒子受到的洛伦兹力。

-根据运动方程，计算粒子的运动轨迹半径。

-分析粒子在磁场中的运动轨迹，得出结论。

-答案：粒子在磁场中的运动轨迹为圆周运动，半径为r=mv/qB。

7.题目：一个带正电粒子以速度v进入匀强磁场B中，求粒子在磁场中的运动频率。

-解题步骤：

-根据圆周运动的频率公式，计算粒子的运动频率。

-分析粒子在磁场中的运动轨迹，得出结论。

-答案：粒子在磁场中的运动频率为f=1/T=vx/2πr。

8.题目：一个带负电粒子以速度v进入匀强磁场B中，求粒子在磁场中的运动频率。

-解题步骤：

-根据圆周运动的频率公式，计算粒子的运动频率。

-分析粒子在磁场中的运动轨迹，得出结论。

-答案：粒子在磁场中的运动频率为f=1/T=vx/2πr。

9.题目：一个带正电粒子以速度v进入匀强磁场B中，求粒子在磁场中的运动速度分量。

-解题步骤：

-根据洛伦兹力公式，计算粒子受到的洛伦兹力。

-根据运动方程，计算粒子的运动速度分量。

-分析粒子在磁场中的运动轨迹，得出结论。

-答案：粒子在磁场中的运动速度分量为vx=qB/m。

10.题目：一个带负电粒子以速度v进入匀强磁场B中，求粒子在磁场中的运动速度分量。

-解题步骤：

-根据洛伦兹力公式，计算粒子受到的洛伦兹力。

-根据运动方程，计算粒子的运动速度分量。

-分析粒子在磁场中的运动轨迹，得出结论。

-答案：粒子在磁场中的运动速度分量为vx=qB/m。

11.题目：一个带正电粒子以速度v进入匀强磁场B中，求粒子在磁场中的运动方向。

-解题步骤：

-根据洛伦兹力公式，计算粒子受到的洛伦兹力。

-根据运动方程，分析粒子在磁场中的运动方向。

-得出粒子在磁场中的运动方向。

-答案：粒子在磁场中的运动方向为垂直于磁场方向，沿粒子速度方向。

12.题目：一个带负电粒子以速度v进入匀强磁场B中，求粒子在磁场中的运动方向。

-解题步骤：

-根据洛伦兹力公式，计算粒子受到的洛伦兹力。

-根据运动方程，分析粒子在磁场中的运动方向。

-得出粒子在磁场中的运动方向。

-答案：粒子在磁场中的运动方向为垂直于磁场方向，沿粒子速度方向。八、板书设计

1.重点知识点：

-洛伦兹力的概念及其计算公式

-带电粒子在匀强磁场中的运动方程

-带电粒子在磁场中的轨迹分析

-质谱仪和回旋加速器的应用

2.关键词：

-洛伦兹力：qvBsinθ

-运动方程：mv=q(vxB)

-轨迹半径：r=mv/qB

-运动周期：T=2πr/vx

-运动频率：f=1/T=vx/2π