人教版(新教材)高中物理选择性必修2教学设计2：1 3 带电粒子在匀强磁场中的运动教案

人教版(新教材)高中物理选择性必修第二册PAGEPAGE11.3带电粒子在匀强磁场中的运动〖教材分析〗带电粒子在匀强磁场中的运动是高考经常考查的内容之一，教材采用了实验探究加理论分析与推导的方式进行教学。通过实验把抽象化为形象，带着得到的感性材料，再进行理论分析，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。〖教学目标与核心素养〗物理观念：观察洛伦兹力作用下的圆周运动，体会洛伦兹力对运动的影响。科学思维：通过圆周运动半径、周期公式的推导，析带电粒子在磁场中的运动轨迹，体会数学方法在物理中的重要作用。科学探究：采用洛伦兹力演示仪，通过控制变量法，研究影响电子束运动轨迹的因素。科学态度与责任：借助数学方法解决物理问题的过程，感悟科学推理的重要意义。〖教学重难点〗教学重点：带电粒子在匀强磁场中的运动的受力分析及运动径迹。教学难点：带电粒子在匀强磁场中的运动的受力分析及运动径迹。〖教学准备〗多媒体课件、洛伦兹力演示仪等。〖教学过程〗一、新课引入在现代科学技术中，常常要研究带电粒子在磁场中的运动。如果沿着与磁场垂直的方向发射一束带电粒子，请猜想这束粒子在匀强磁场中的运动径迹，你猜想的依据是什么?二、新课教学（一）带电粒子在匀强磁场中的运动对粒子进行受力情况，受到洛伦兹力的作用且方向与带电粒子初速度的方向垂直，所以洛伦兹力只改变粒子速度的方向，不改变粒子速度的大小，洛伦兹力对粒子起到了向心力的作用。所以，沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，即：结论：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。思考与讨论：垂直射入磁场的带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，圆周的半径可能与哪些因素有关?周期可能与哪些因素有关?（二）带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期洛伦兹力提供了它做匀速圆周运动向心力，即F洛=F向设带电粒子质量为m，电荷量为q，运动速度为v。磁感应强度大小为B。洛伦兹力大小qvB，向心力表达式选用meq\f(v2,r)，则qvB=meq\f(v2,r)先约分再整理一下，半径r=eq\f(mv,qB)从这个结果可以看出，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径与它的质量、速度成正比，与电荷量、磁感应强度成反比。那么它的周期式子怎么样的呢？这里我们先观察观察带电粒子的运动径迹。先看这样的一个实验。（全部用演示仪演示给学生看）这一个洛伦兹力演示仪，这个是它的结构图。它主要由玻璃泡和电子枪、励磁线圈等部分组成。线圈有电流通过时内部就会产生磁场，可以看作匀强磁场,方向与纸面垂直。给电子枪加上足够高的电压,电子会沿着与匀强磁场垂直的方向射了出来。适当调节磁场强弱，咱就能看到电子束轨迹弯曲成一个圆。为什么会产生这样的结果呢？不加磁场时观察电子束的径迹。观察的结果是一条直线。给励磁线圈通电，在玻璃泡中产生沿两线圏中心连线方向、由纸内指向读者的磁场，观察电子束的径迹。圆周运动。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。径迹的半径减少。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。径迹的半径增加。通过圆周运动的知识计算它的周期。周期T=eq\f(2πr,v)这里的r=eq\f(mv,qB)刚才算过了，将它代入。约分得T=eq\f(2πm,Bq)从这个公式可以看出周期由磁场和粒子的荷质比决定，而与粒子的速度和轨道半径没有关系。课本例题一个质量为1.67×10-27kg电荷量为1.6×10-l9C的带电粒子，以5×105m/s的初速度沿与磁场垂直的方向射入磁感应强度为0.2T的匀强磁场。求：粒子所受的重力和洛伦兹力的大小之比；粒子在磁场中运动的轨道半径（3）粒子做匀速圆周运动的周期。分析：依据所给数据分别计算出带电粒子所受的重力和洛伦兹力，就可求出所受重力与洛伦兹力之比。带电粒子在匀强磁场中受洛伦兹力并做匀速圆周运动，由此可以求出粒子运动的轨道半径及周期。解：（1）粒子所受的重力G=mg=1.67×10-27kg×9.8N=1.64×10-26N所受的洛伦兹力F=qvB=1.6×10-19×5×105×0.2N=1.6×10-14N重力与洛伦兹力之比eq\f(G,F)=eq\f(1.64×10-26,1.6×10-14)=1.03×10-12可见，带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力远大于重力，重力作用的影响可以忽略。（2）带电粒子所受的洛伦兹力为F=qvB洛伦兹力提供向心力，故qvB=meq\f(v2,r)由此得到粒子在磁场中运动的轨道半径r=eq\f(mv,qB)=eq\f(1.67×10-27×5×105,1.6×10-19×0.2)m=2.61×10-2m（3）粒子做匀速圆周运动的周期T＝eq\f(2πr,v)＝eq\f(2πm,Bq)=eq\f(2×3.14×1.67×10-27,1.6×10-19×0.2)s=3.28×10-7s课堂练习例1：电子以1.6×106m/s的速度沿着与磁场垂直的方向射入B＝2.0×10-4T的匀强磁场中。求电子做匀速圆周运动的轨道半径和周期。解：洛伦兹力提供向心力，首先列：qvB=meq\f(v2,r)，先约分再整理一下，半径r=eq\f(mv,qB)。代入数据得r=4.55×10-2m。周期T=eq\f(2πr,v)，将r代入，约分得T=eq\f(2πm,Bq)代入数据得T=1.76×10-6s。〖板书设计〗1.3带电粒子在匀强磁场中的运动1.匀速直线运动（v//B）2.匀速圆周运动（v⊥B）r＝eq\f(mv,qB)T