1.3带电粒子在匀强磁场中的运动 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

课题 第3节　带电粒子在匀强磁场中的运动 课型 新授课 1.教学内容分析 本节教材的内容属于洛伦兹力知识的应用，教材采用了实验探究加理论分析与推导的方式.带着实验得到的感性材料，再用学过的知识进行理论分析，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。 1. 学习者分析 在必修二已经学习过了有关于匀速圆周运动的相关知识，物体做匀速圆周运动的条件，作为重点也应该存在于学生的知识储备中，为本节的学习提供了很好的基础。 2. 学习目标确定 物理观念：洛伦兹力的性质 科学思维：通过洛伦兹力性质与平面几何知识的结合，分析带电粒子在磁场中的运动轨迹 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：研究洛伦兹力在质谱仪、回旋加速器中的应用原理。 4.学习重点难点 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 教学难点：粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动 5.学习评价设计 渗透物理学研究方法的教育，体验物理方法的魅力. 6.学习活动设计 教师活动 地磁场和太阳风 地球周围空间有地磁场，两极强，中间弱 从太阳或其他星体上，时刻都有大量的高能粒子流放出，称为宇宙射线 地磁场能改变宇宙射线中带电粒子的运动方向，对宇宙射线起了一定的阻挡作用 地磁场和极光 学生活动 观看,并且讨论分析 环节一： 教师活动1 1、 带电粒子在匀强磁场中的运动 讨论： 若带电粒子（不计重力）以沿着与匀强磁场垂直的方向射入磁场，粒子将如何运动？ 1、 由于是匀强磁场，洛伦兹力大小保持不变 2、 洛伦兹力的方向总是与速度方向垂直，洛伦兹力只会改变粒子速度的方向，不会改变其大小 学生活动1 通过回忆匀速圆周运动的条件，得出结论 沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动 活动意图说明： 培养学生的学科知识整合能力，由已知知识整理类比得出新知识，从而提升自己解决实际问题的能力。 环节二： 教师活动2 二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期 匀强磁场中带电粒子运动轨迹的半径与哪些因素有关？ 猜想并进行推导: 带电粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。 可见r与速度v、磁感应强度B、粒子的比荷有关 实验演示：洛伦兹力演示仪 ①加速电场：作用是改变电子束出射的速度 ②励磁线圈：作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈中心的连线的匀强磁场 1.不加磁场时观察电子束的径迹。 2.给励磁线圈通电，在玻璃泡中产生沿两线圈中心连线方向，由纸内指向读者的磁场，观察电子束的径迹。 3.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。 4.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。 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时周期有何特征？ 可见同一个粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与速度无关 学生活动2 使用草稿本与教师一起推导 认真倾听并仔细观察仪器结构， 观察实验现象并给出结论，在匀强磁场中，垂直射入的带电粒子做匀速圆周运动。 活动意图说明 利用实验仪器，让学生能直观的感受到带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹，并利用匀速圆周运动的条件与洛伦兹力的方向特点，进一步从理论上得出轨迹为匀速圆周运动这个结论。让学生能够从理论上得出结论，从实验上进行验证。 环节三： 教的活动3 三、带电粒子在磁场中运动情况研究 1、找圆心：2、定半径：3、确定运动时间： 1. 圆心的确定 （1）若已知入射方向和出射方向，作入射速度出射速度的垂线，两垂线交点就是圆弧轨道的圆心。 （2）若已知入射方向和出射点的位置，做入射速度垂线及弦的中垂线，交点就是圆弧轨道的圆心。 2. 半径的确定 由于已知条件的不同，求半径有两种方法： 一是已知物理量(q、m、B、v)，利用半径公式求半径。 二是已知其他几何量利用数学图形知识求半径，一般利用几何知识，常用解三角形的方法。 3. 运动时间的确定 利用圆心角与弦切角的关系，或者是四边形内角和等计算出圆心角的大小，由公式可求出运动时间。 1. 轨道半径与磁感应强度、运动速度相联系，在磁场中运动的时间与周期、偏转角相联系。 2. 粒子速度的偏向角 ( φ ) 等于圆心角 ( α )，并等于AB 弦与切线的夹角 ( 弦切角 θ ) 的 2 倍 ( 如图 )，即φ ＝ α ＝ 2θ ＝ ωt 学的活动3 记录笔记 活动意图说明 从学习知识到解决实际问题。 7.板书设计 3 牛顿第二定律 1、 带电粒子在匀强磁场中的运动 1、由于是匀强磁场，洛伦兹力大小保持不变 2、洛伦兹力的方向总是与速度方向垂直，洛伦兹力只会改变粒子速度的方向，不会改变其大小 二、