1.3 带电粒子在匀强磁场中的运动（教学设计）-【上好课】高二物理同步高效课堂（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 备课人 学科 物理 课题 1.3 带电粒子在匀强磁场中的运动 教学内容分析 本节教材的内容属于洛伦兹力知识的应用，教材采用了先理论分析与推导再实验验证的顺序。这样的研究过程比较符合物理学的研究思路，同时使得前面学习过的力学知识与洛伦兹力产生了紧密的联系。通过力学知识的学习，学生对物体做匀速圆周运动的条件有了清晰的了解。对于带电粒子垂直于磁感应强度的方向进入磁场，根据带电粒子受到的洛伦兹力的特点，教师可以引导学生分析出：①粒子的运动方向和洛伦兹力的方向始终处于垂直于磁感应强度的平面内；②洛伦兹力不做功，不影响带电粒子运动的速度大小。进而得知洛伦兹力充当向心力，并推导得出半径的公式。得出理论分析的结论后，再做教材图1.3-2的实验，通过实验证明带电粒子做的是匀速圆周运动。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，并且在学习过程中体验到成功的喜悦。 学情分析 对于带电粒子在匀强磁场中的运动，学生在学习过程中可能会面临一些挑战。 知识储备：学生需要具备一定的物理基础，包括对电磁学和力学的理解。他们应熟悉洛伦兹力公式，了解其在匀强磁场中的表现形式。 理解能力：匀强磁场是一个相对抽象的概念，学生需要有较强的空间想象力和逻辑思维能力，才能理解带电粒子在其中如何运动。 实践能力：学生需要具备实验操作能力，通过实验观察带电粒子的运动轨迹，从而加深对理论知识的理解。 学习态度：学生对物理实验的认真程度、实验前的准备情况、实验中的操作情况、实验后的数据处理情况以及实验报告的完成情况等都将影响学习效果。 教学目标 1.知道带电粒子沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场会在磁场中做匀速圆周运动，能推导出匀速圆周运动的半径公式和周期公式，能解释有关的现象，解决有关实际问题。 2.经历实验验证带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动以及其运动半径与磁感应强度的大小和入射速度的大小有关的过程，体会物理理论必须经过实验检验。 3知道洛伦兹力作用下带电粒子做匀速圆周运动的周期与速度无关，能够联想其可能的应用。能用洛伦兹力分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动。了解带电粒子在匀强磁场中的偏转及其应用。 教学重难点 1、教学重点：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期公式，并能用来分析有关问题 2、教学难点：粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动 教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 新课导入 在现代科学技术中，常常要研究带电粒子在磁场中的运动。如果在磁场中发射一束带电粒子，判断下图中带电粒子（电量q，重力不计）所受洛伦兹力的大小和方向。 运动形式：带电粒子平行射入匀强磁场----匀速直线运动。 带电粒子垂直射入匀强磁场----带电粒子将会做什么运动？ 回答电荷的运动形式 利用已知知识解决未知问题 新课教学 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 （1） 带电粒子的受力分析 一个质量为 1.67×10-27 kg、电荷量为 1.6×10-19 C 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 0.2 T 的匀强磁场。求出粒子所受的重力和洛伦兹力的大小之比。 粒子所受的重力 G ＝ mg ＝ 1.67×10-27×9.8 N ＝ 1.64×10-26 N 所受的洛伦兹力 F ＝ qvB ＝ 1.6×10-19×5×105×0.2 N ＝ 1.6×10-14 N 重力与洛伦兹力之比 你有什么启发？ 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。 （二）探究带电粒子在磁场中运动轨迹 洛伦兹力的方向始终与运动方向垂直，所以带电粒子在运动过程中速度大小如何变化，运动轨迹如何？ 洛伦兹力只改变速度方向不改变速度大小 洛伦兹力始终与速度方向垂直 电荷在匀强磁场中做匀速圆周运动。 如何用实验验证这一结论？ （三）实验验证 介绍实验器材： 演示实验 求解重力和洛伦兹力的大小之比 学生回答重力可以忽略。 学生提出轨迹问题，并说明原因。 观看演示实验 建立模型 利用理论和实验共同验证带电粒子在匀强磁场中运动的运动情况。 二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期 （一）带电粒子在磁场中做圆周运动的半径 因带电粒子只受洛伦兹力下做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力： 由 得 规律： 1.当电子束出射速度不变，磁感应强度变大时，这个圆的半径变小；2.当磁感应强度不变，电子束出射速度变大时，这个圆的半径变大。 （二）带电粒子在磁场中做圆周运动的周期 你能根据以前所学的知识，推导一下带电粒子在匀强磁场做圆周运动的周期规律吗？ 方法一： 根据匀速圆周运动规： 又由 得 方法二： 根据向心力与周期关系： 又由 得