1.4 质谱仪与回旋加速器中的运动 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

高中物理选择性必修二 1.4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： 1 带电粒子在电场和磁场中的运动特点及规律 2 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 1. 质谱仪的构造： 装置A发射器、加速电场、速度选择器、偏转磁场、显示装置 2.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：对释放电荷（粒子）起到加速的作用，达到相同的速度到达速度选择器。 速度选择器：对运动粒子（电荷）的速度，速度必须满足的运动电荷才能从狭缝进入匀强磁场。 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 的粒子才能进入的偏转磁场。 带电粒子经过加速电场后的速度:由动能定理 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： 带电粒子电荷在匀强磁场中运动的轨道半径： 带电粒子电荷在匀强磁场中运动的周期：= 带电粒子电荷在匀强磁场中运动的时间 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 1. 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。 1. 经过加速电场的粒子、电荷速度 2. 带电粒子、电荷出磁场的最大初动能 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。 （1） 粒子分别在电场、盒子内磁场中做什么运动 （2） 交流电源的频率 （3） 粒子加速后获得的最大初动能 八、板书设计 1.质谱仪工作的原理及相关的规律： 2.回旋加速器工作的原理及相关的规律： 九、教学反思 1.质谱仪和回旋加速器的原理介绍，以及在生活中的应用 2.质谱仪和回旋加速器相应的速度、动能的计算 第四章安培力与洛伦兹力1 学科网（北京）股份有限公