《带电粒子在磁场中的运动》学习任务单

《带电粒子在磁场中的运动》学习任务单学习任务单课程基本信息学科：高中物理年级：[具体年级]学期：[具体学期]课题：华东师大版（上海）拓展型课程II第八讲带电粒子在磁场中的运动学生信息姓名：[学生姓名]学校：[学校名称]班级：[班级名称]学号：[具体学号]学习目标目标一：能清楚说出带电粒子在磁场中运动的基本概念，像洛伦兹力啥的。目标二：可以准确描述带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的条件。目标三：会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。目标四：能够运用所学知识解决一些关于带电粒子在磁场中运动的简单问题，就像在磁场里给粒子找个合适的轨迹那种。目标五：能把带电粒子在磁场中的运动知识和生活中的一些现象联系起来，明白它在实际里有啥用。课前学习任务1、打开教材，仔仔细细地阅读和带电粒子在磁场中运动有关的章节内容，一边读一边在脑子里面想象粒子跑来跑去的样子。2、找个小本子，把读教材的时候遇到的那些不懂的词儿，像洛伦兹力这些，都记下来，就像收集小怪兽一样。课上学习任务一、趣味引入同学们，咱们先来讲个小故事。我有一次去科技馆，看到一个特别神奇的装置。那里面有一些小颗粒，在一个透明的盒子里，就像一群小精灵在跳舞。我就特别好奇，这些小颗粒为啥能这么有规律地动呢？后来我才知道，原来是磁场在捣鬼，那些小颗粒就是带电粒子，磁场就像一个神秘的魔法场，控制着它们的运动呢。今天咱们就要像小侦探一样，去探索带电粒子在磁场中的运动奥秘。【学习任务一】认识带电粒子在磁场中的受力1、洛伦兹力的概念-咱们先来说说啥是洛伦兹力。大家可以想象，带电粒子就像一个个小电球，磁场呢，就像一片有魔力的海洋。当小电球进入这个有魔力的海洋的时候，就会受到一种特殊的力，这个力就是洛伦兹力。那谁能猜猜看，这个力的大小和哪些东西有关系呢？（互动环节：让学生大胆猜测，鼓励他们发言）-咱们来看看正确的答案哈。洛伦兹力的大小和粒子带的电荷量、粒子运动的速度、磁场的强度还有它们之间的夹角都有关系呢。就好比小电球的电量越多、跑得越快、磁场越强，而且小电球运动方向和磁场方向夹角越大，受到的洛伦兹力就越大。（这里可以举个简单的例子，比如一个带电粒子带的电荷量加倍了，其他条件不变，洛伦兹力会怎么变呢？）2、洛伦兹力的方向-那这个洛伦兹力的方向又怎么确定呢？这就像在一个迷宫里找路一样。我们有一个特别厉害的工具，叫左手定则。（向学生展示左手定则的手势）大家伸出左手，让磁感线穿过手心，四指指向正电荷运动的方向（如果是负电荷，就指向负电荷运动的反方向哦），大拇指指的方向就是洛伦兹力的方向啦。咱们一起做几个小练习，来熟悉一下左手定则。-练习：有一个正电荷，它在磁场中向右运动，磁场方向是垂直纸面向里的，那这个正电荷受到的洛伦兹力方向是哪儿呢？（让学生动手做，然后请一个学生到黑板上做，其他学生在下面做，做完后进行点评）【学习任务二】带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的条件1、条件探索-现在咱们来探索一下带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的条件。想象一下，带电粒子在磁场里就像一个小卫星绕着地球转一样。首先，粒子得带电，这是肯定的，不然就不受洛伦兹力了。然后呢，这个洛伦兹力得一直垂直于粒子的速度方向。为啥呢？因为如果力不垂直于速度方向，粒子就不能做圆周运动啦，就会像个喝醉的小虫子一样乱晃悠。（可以用一个简单的画图来表示力垂直于速度方向时粒子做圆周运动，不垂直时粒子做曲线运动）-那还有没有其他条件呢？对啦，磁场得是均匀的，要是磁场一会儿强一会儿弱，粒子的运动就会变得很复杂，就不是咱们现在研究的这种简单的匀速圆周运动了。2、小组讨论-现在咱们分组讨论一下，如果一个带电粒子进入了不均匀的磁场，它的运动会变成啥样呢？（分组讨论，每组4-5人，讨论5分钟，然后每个小组派一个代表发言）【学习任务三】推导半径公式和周期公式1、半径公式推导-咱们现在要像小数学家一样推导带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径公式啦。大家看，因为洛伦兹力提供了粒子做圆周运动的向心力，根据向心力公式F=m\frac{v^{2}}{r}（这里的F就是洛伦兹力，m是粒子质量，v是粒子速度，r是圆周运动的半径），洛伦兹力的公式是F=qvB（q是粒子电荷量，B是磁场强度），把这两个公式联立起来，就可以得到半径公式r=\frac{mv}{qB}啦。大家跟着我一步一步推导一下，看看能不能跟上呢？（在黑板上慢慢推导，边推导边解释每一步的意义，推导完后问学生有没有不懂的地方）2、周期公式推导-接下来推导周期公式。周期就是粒子转一圈所用的时间。我们知道圆的周长是C=2\pir，粒子的速度是v，根据t=\frac{C}{v}，把半径公式r=\frac{mv}{qB}代入，就可以得到周期公式T=\frac{2\pim}{qB}啦。这就像我们知道了小卫星绕地球一圈的路程和速度，就能算出它绕一圈需要多长时间一样。【学习任务四】解决简单问题1、轨迹问题-咱们来做个小练习。有一个带电粒子，电荷量是q，质量是m，以速度v垂直进入一个强度为B的磁场，那这个粒子在磁场中的运动轨迹是啥样的呢？（让学生思考并回答，然后在黑板上画出轨迹）2、多粒子问题-现在难度升级啦。有两个带电粒子，一个电荷量是q1，质量是m1，速度是v1；另一个电荷量是q2，质量是m2，速度是v2，它们同时垂直进入同一个磁场，那它们的运动轨迹有啥不同呢？（可以引导学生根据半径公式和周期公式来分析，鼓励学生之间互相讨论，然后请几个学生分享他们的想法）总结提升：好啦，同学们，今天咱们就像探险家一样在带电粒子在磁场中的运动这个神秘世界里探索了一番。咱们知道了洛伦兹力，也知道了带电粒子做匀速圆周运动的条件，还推导了半径公式和周期公式，最后还解决了一些小问题。那大家现在闭上眼睛，在脑子里面把今天学的东西过一遍，就像放电影一样，看看有没有哪个地方还不太明白的。课堂习题：【练习1】一个带电粒子的电荷量为+2e（e是元电荷），质量为m，以速度v垂直进入一个强度为B的磁场，求这个粒子做匀速圆周运动的半径。（答案：根据半径公式r=\frac{mv}{qB}，把q=2e代入，得到r=\frac{mv}{2eB}）【练习2】有两个带电粒子A和B，A的电荷量是+q，质量是m，速度是v；B的电荷量是+2q，质量是2m，它们垂直进入同一个磁场。比较它们的运动半径和周期。（答案：根据半径公式r=\frac{mv}{qB}，A粒子的半径r_{A}=\frac{mv}{qB}，B粒子的半径r_{B}=\frac{2m\timesv}{2qB}=\frac{mv}{qB}，所以r_{A}=r_{B}；根据周期公式T=\frac{2\pim}{qB}，A粒子的周期T_{A}=\frac{2\pim}{qB}，B粒子的周期T_{B}=\fr