2024-2025版高中物理 第三章 磁场 微型专题8 带电粒子在匀强磁场中的运动教学设计 新人教版选修3-1

2024-2025版高中物理第三章磁场微型专题8带电粒子在匀强磁场中的运动教学设计新人教版选修3-1课题：科目：班级：课时：计划1课时教师：单位：一、教学内容教材章节：第三章磁场微型专题8带电粒子在匀强磁场中的运动

内容：本节课主要讲解带电粒子在匀强磁场中的运动规律，包括洛伦兹力的计算、粒子的运动轨迹、周期和速度等。通过实例分析，让学生掌握带电粒子在磁场中的运动特点，并能运用所学知识解决实际问题。二、核心素养目标培养学生运用物理规律解决实际问题的能力，提高科学思维水平。通过分析带电粒子在匀强磁场中的运动，强化学生的模型建构、科学推理、实验探究和科学论证等核心素养。同时，培养学生对物理现象的好奇心和学习热情，提升科学态度与责任。三、学习者分析1.学生已经掌握了哪些相关知识：学生在本节课前应已具备力学基础知识，如牛顿运动定律、功和能的概念，以及电磁学的基础知识，包括电场和磁场的定义、电场力和磁场力的基本性质。此外，学生应熟悉运动学的基本公式和曲线运动的基本概念。

2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：高中学生对物理学科普遍持有较高的兴趣，尤其在探索自然现象和科学原理方面。学生具备较强的抽象思维能力，能够通过逻辑推理和数学运算解决物理问题。学习风格上，部分学生可能更倾向于通过实验观察来理解物理现象，而另一些学生则更偏好通过数学建模和理论分析来学习。

3.学生可能遇到的困难和挑战：学生在理解带电粒子在磁场中的运动时可能遇到以下困难：一是对洛伦兹力公式的记忆和应用存在混淆；二是难以从几何角度直观理解粒子的运动轨迹；三是将理论应用于解决实际问题时的计算复杂性和抽象性。这些挑战需要教师通过适当的教学策略和指导来帮助学生克服。四、教学方法与手段教学方法：

1.讲授法：通过清晰讲解洛伦兹力公式和运动规律，帮助学生建立基本概念。

2.讨论法：组织学生讨论带电粒子在不同磁场条件下的运动特点，促进思维碰撞。

3.实验法：利用模拟软件或实验装置，让学生观察带电粒子在磁场中的运动，加深理解。

教学手段：

1.多媒体演示：使用动画展示带电粒子在磁场中的轨迹变化，直观教学。

2.互动软件：通过在线互动平台，让学生进行模拟实验，提高参与度。

3.教学视频：播放相关教学视频，帮助学生理解复杂物理现象。五、教学流程1.导入新课

详细内容：首先，通过展示自然界中磁场现象的图片或视频，如地球磁场、磁铁吸引铁钉等，激发学生的好奇心。然后，提问学生：“你们知道带电粒子在磁场中会受到什么力吗？”引导学生回顾之前学习的电场和磁场知识，为新课的学习做好铺垫。

用时：5分钟

2.新课讲授

（1）洛伦兹力的计算

详细内容：介绍洛伦兹力的概念和计算公式，通过实例讲解如何根据粒子的速度、磁场强度和粒子电荷计算洛伦兹力的大小和方向。

（2）带电粒子的运动轨迹

详细内容：讲解带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹，如圆周运动和螺旋运动，通过实例分析不同磁场强度和粒子速度下的运动轨迹。

（3）带电粒子的周期和速度

详细内容：推导带电粒子在匀强磁场中的运动周期和速度公式，并解释周期与粒子速度、磁场强度和电荷量的关系。

用时：10分钟

3.实践活动

（1）模拟实验

详细内容：利用模拟软件，让学生观察带电粒子在不同磁场条件下的运动轨迹，加深对理论知识的理解。

（2）计算题

详细内容：布置一些计算题，让学生运用所学知识计算带电粒子在磁场中的运动轨迹、周期和速度。

（3）案例分析

详细内容：提供一些实际案例，如粒子加速器、磁悬浮列车等，让学生分析带电粒子在磁场中的运动特点及其应用。

用时：10分钟

4.学生小组讨论

方面内容举例回答：

（1）洛伦兹力的大小和方向

举例回答：当带电粒子以一定速度垂直进入磁场时，洛伦兹力的大小等于粒子电荷量、速度和磁场强度的乘积，方向垂直于速度和磁场方向。

（2）带电粒子的运动轨迹

举例回答：当带电粒子以一定速度平行进入磁场时，粒子将做匀速直线运动；当带电粒子以一定速度斜向进入磁场时，粒子将做螺旋运动。

（3）带电粒子的周期和速度

举例回答：带电粒子的运动周期与磁场强度和粒子速度有关，周期越大，粒子在磁场中的运动越慢。

用时：10分钟

5.总结回顾

详细内容：回顾本节课所学内容，强调洛伦兹力的计算、带电粒子的运动轨迹、周期和速度等知识点。指出本节课的重难点，如洛伦兹力的方向判断、带电粒子的运动轨迹分析等。

用时：5分钟

总计用时：45分钟六、教学资源拓展1.拓展资源：

（1）磁场的历史与发展：介绍磁场的研究历史，包括奥斯特发现电流的磁效应、法拉第发现电磁感应等，以及现代磁学在科技领域的应用，如磁悬浮列车、MRI技术等。

（2）洛伦兹力的应用：探讨洛伦兹力在粒子加速器、磁共振成像（MRI）、磁浮技术等领域的应用实例。

（3）带电粒子在非匀强磁场中的运动：介绍带电粒子在非匀强磁场中的复杂运动，如螺旋轨迹、螺旋线的稳定性等。

2.拓展建议：

（1）阅读相关书籍：推荐学生阅读《电磁学导论》、《现代物理学史》等书籍，以深入了解电磁学的发展历程和相关物理现象。

（2）观看科普视频：推荐学生观看《物理现象背后的科学》系列视频，通过动画演示带电粒子在磁场中的运动，帮助学生更好地理解抽象概念。

（3）参与科学实验：鼓励学生参与学校或社区的科学实验活动，如制作简易磁悬浮装置、模拟粒子加速器等，以亲身体验物理原理。

（4）探究实际问题：引导学生关注日常生活中与磁场相关的现象，如手机信号、无线充电等，思考磁场在生活中的应用和影响。

（5）开展小组研究：组织学生以小组形式进行研究，针对拓展资源中的内容进行深入探讨，如洛伦兹力在粒子加速器中的应用、磁悬浮列车的设计原理等，培养学生的合作精神和研究能力。

（6）撰写科学小论文：鼓励学生撰写关于带电粒子在磁场中运动的科学小论文，通过查阅资料、实验验证等方式，提高学生的科学素养和写作能力。

（7）参加物理竞赛：推荐学生参加物理竞赛，如全国中学生物理竞赛、国际物理奥林匹克竞赛等，以检验自己的物理知识水平和解决实际问题的能力。七、板书设计①微型专题8：带电粒子在匀强磁场中的运动

-带电粒子

-匀强磁场

-洛伦兹力

-运动轨迹

-运动周期

-速度

②重点知识点

①洛伦兹力公式：\(F=qvB\sin\theta\)

②运动轨迹方程：\(r=\frac{mv}{qB}\)

③运动周期公式：\(T=\frac{2\pim}{qB}\)

③关键词

-垂直进入：带电粒子垂直于磁场方向进入

-平行进入：带电粒子平行于磁场方向进入

-斜向进入：带电粒子以一定角度进入磁场

-圆周运动：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动

-螺旋运动：带电粒子在磁场中做螺旋形运动八、典型例题讲解例题1：一束质量为m、电量为q的带电粒子，以速度v垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场，求粒子的运动轨迹半径和运动周期。

解答：根据洛伦兹力公式\(F=qvB\)，粒子在磁场中受到的力提供向心力，有\(F=\frac{mv^2}{r}\)。联立两个公式，得到运动轨迹半径\(r=\frac{mv}{qB}\)。

运动周期\(T\)为粒子完成一周运动所需时间，根据圆周运动的速度公式\(v=\frac{2\pir}{T}\)，代入\(r\)的表达式，得到\(T=\frac{2\pim}{qB}\)。

例题2：一个质量为m、电量为q的带电粒子，以速度v平行于磁感应强度为B的匀强磁场进入，求粒子在磁场中的运动轨迹。

解答：由于带电粒子平行于磁场方向进入，洛伦兹力为零，因此粒子在磁场中将做匀速直线运动，其运动轨迹为直线。

例题3：一个质量为m、电量为q的带电粒子，以速度v以一定角度θ进入磁感应强度为B的匀强磁场，求粒子在磁场中的运动轨迹。

解答：当带电粒子以一定角度θ进入磁场时，洛伦兹力将分解为垂直于运动方向的分力提供向心力，和与运动方向平行的分力不改变粒子的速度。因此，粒子将做螺旋形运动。

例题4：一个质子（质量为\(m_p\)，电量为\(e\)）以速度\(v\)进入磁感应强度为\(B\)的匀强磁场，求质子在磁场中的运动轨迹半径。

解答：质子的运动轨迹半径\(r\)可通过洛伦兹力公式\(F=qvB\)和向心力公式\(F=\frac{mv^2}{r}\)联立求解，得到\(r=\frac{