1.3带电粒子在匀强磁场中的运动 教学设计-2024-2025学年高二上学期物理人教版(2019)选择性必修第二册

第一章 安培力与洛伦兹力 第3节 带电粒子在匀强磁场中的运动 1、 教学内容分析 《带电粒子在匀强磁场中的运动》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》选择性必修2“电磁感应及其应用”主题下的内容。课程标准要求为：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。《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》对课程标准的解读为：用洛伦兹力公式来计算与处理带电粒子在磁场中的运动问题，一般只要求粒子运动方向与磁场垂直的情况，教学中要引导学生掌握如何判断圆周运动中的向心力与电荷运动之间的关系的方法。 带电粒子的磁偏转的应用主要让学生了解阴极射线在磁场中的偏转现象，分析质谱仪和回旋加速器的基本原理和基本问题的分析与计算。作为应用来说，这些内容是比较重要的，关键是让学生完全理解其原理。 “带电粒子在匀强磁场中的运动”是物理学科中最突出的综合问题，它将力学、电磁学重点知识融为一体，通过对物理情景的设置，综合考查学生对物理模型的建构能力；考查学生分析推理物理问题的思维方法和能力；考查学生运用数学知识处理物理问题的能力等，是高考命题的热点，是最能体现区分度的地方。 2、 学情分析 高中学生的认知能力的发展己接近于成熟程度，求知欲与好奇心强烈，能逐步运用抽象的适于演绎的或归纳的推理方式解决问题，乐于参加各种自主的研究性学习活动，对学习有较强的责任感。 在高三第一轮复习中，学生已经储备了前期的基本知识与技能，但没有形成系统的规律和方法，对于问题的解决仍受数理基础、认知水平、问题的熟悉程度、问题的情境特征等方面的影响，坡度很大。 3、 教学目标 1.物理观念 (1)学生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 (2)学生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。 2.科学思维 (1)学生根据带电粒子受力特点建构粒子匀速圆周运动物理模型 (2)学生经历理论推导匀速圆周运动的半径公式和周期公式的逻辑推理过程 3.科学探究 学生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人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。 4.科学态度与价值观 学生了解带电粒子在匀强磁场中的偏转其应用，体会物理原理在技术中的的应用，培养从科学的观点分析问题的正确态度. 4、 教学重难点 教学重点：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径和周期表达式；带电粒子在有界磁场中的运动规律。 教学难点：理解带电粒子垂直进入匀强磁场做匀速圆周运动 ；画粒子在有界磁场中的运动轨迹；几何关系的确定。 教学方法：演示实验法、讲授法、启发式讨论 5、 教学准备 多媒体课件、洛伦兹力演示仪 6、 教学过程 活动一:理论分析——洛伦兹力特点 问题1-1：画出电子受到的洛伦兹力方向. 问题1-2：电子做直线运动还是曲线运动？ 问题1-3：电子速度方向变化后，洛伦兹力方向是否变化？ 问题1-4：洛伦兹力对电子做功如何？电子动能和速率如何变化？ 设计意图:让学生通过理论分析，利用物体做曲线运动的条件得到电子受到洛伦兹力将做曲线运动。洛伦兹力与速度垂直，洛伦兹力对电子不做功，根据动能定理，得到电子动能不变，速率不变，洛伦兹力大小不变。速度方向变化，洛伦兹力方向变化。 活动二：类比思想得到电子做匀速圆周运动 问题2-1：地球绕太阳做匀速圆周运动，太阳对地球的吸引力和地球的线速度有何关系？吸引力大小是否变化？ 问题2-2：将电子的速度和受到的洛伦兹力与地球的速度及太阳对地球的吸引力对比，你认为电子在磁场中做什么运动？ 设计意图：利用类比思想得到电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，帮助学生顺利完成本节内容的学习，突破带电粒子垂直进入匀强磁场做匀速圆周运动的学习难点。 活动三：理论推导圆周运动半径和周期 问题3-1：带电粒子做圆周运动，向心力是哪种力？ 问题3-2：如何求带电粒子做圆周运动的半径？半径与哪些因素有关？ 问题3-3：粒子的周期是多少？ 设计意图：提供问题提示引导学生利用圆周运动知识求带电粒子的半径和周期。 ，半径r正比于速度v，与磁场B成反比。 T=，与粒子速度无关. 活动四：洛伦兹力演示仪验证理论结果 教师活动：介绍洛伦兹力演示仪的构造，改变磁场强弱和电子进入磁场的速度 演示1：让电子垂直进入磁场，观察电子轨迹。(圆环轨迹间接显示电子轨迹) 演示2：增大电子速率，垂直进入磁场，观察到圆环变大。 演示3：增大磁场大小，保持电子速率不变，观察到圆环变小。 设计意图：实验验证理论分析结果，利用直观的实验现象增强学生对电子垂直进入磁场做匀速圆周运动的认识和半径的影响因素。 7、 板书设计 洛伦兹力不做功，速率v不变 qvB = mv2/r r=mv/qB 周期T = 2πr/v= 2πm/qB 8、 作业布置 预习带电粒子在有界磁场中的运动，确定圆心、半径。 9、 教学反思 带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹是本节的难点，从受力和速度关系理论推导的方式得到结果对学生的要求较高。应设计合理的问题梯度，教学中注意对匀速圆周运动知识的分析，调动学生已经储备的知识分析带电粒子受到的洛伦兹力特点，得到带电粒子做匀速圆周运动的结论。在理论分析后，应通过实验验证理论分析结果，让学生认识到理论结果的正确性，让带电粒子做匀速圆周运动深刻的印在学生心里，成为学生自然学习的结果，而不是被动强加给学生的。 2 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$