1.3 带电粒子在匀强磁场中的运动——等距螺旋线 教学设计 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

该高中物理教学设计聚焦“带电粒子在匀强磁场中的运动——等距螺旋”核心知识点，通过复习v与B平行（匀速直线）、垂直（匀速圆周）两种运动，引出v与B既不平行也不垂直的第三种情况，搭建新旧知识衔接的学习支架。 此设计以洛伦兹力演示仪实验探究为核心，用控制变量法研究轨迹影响因素，通过运动分解将螺旋运动转化为熟悉分运动，体现科学思维的模型建构与科学推理。结合极光、磁聚焦等实例，渗透科学态度与责任，助力学生深化物理观念，也为教师提供直观教学方案，提升课堂效率。

1.3《带电粒子在匀强磁场中的运动——等距螺旋》教学设计 【教材分析】 （一）教材分析 带电粒子在匀强磁场中的运动是高考经常考查的内容之一，教材采用了实验探究加理论分析与推导的方式进行教学。通过实验把抽象化为形象，带着得到的感性材料，再进行理论分析，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。 【教学目标】 物理观念∶观察洛伦兹力作用下的圆周运动，体会洛伦兹力对运动的影响。 科学思维∶通过对运动的分解将不熟悉的物理过程转化为熟悉的物理过程，降低理解难度。 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∶借助数学方法解决物理问题的过程，感悟科学推理的重要意义。 【教学重难点】 教学重点：带电粒子在匀强磁场中的运动的受力分析及运动径迹。 教学难点：等距螺旋线的理解。 【新课教学】 （1） 复习回顾 带领学生回顾所学 带电粒子在匀强磁场中的运动分三种情况：（1）v与B平行，粒子做匀速直线运动；（2）v与B垂直，粒子做匀速圆周运动；（3）v与B既不垂直也不平行，粒子做什么运动呢？ 第二种情况由学生回答匀速圆周运动规律,。 （2） 实验探究 1.介绍实验仪器 2.实验演示：如图所示，可用洛伦兹力演示仪观察运动电子在匀强磁场中的偏转． (1)不加磁场时，电子束的运动轨迹如何？ (2)加上磁场后，电子束的运动轨迹如何？ (3)如果保持出射电子的速度大小不变，改变速度方向运动轨迹还是圆吗？ 3.观察现象，提出问题：对这种螺旋运动，我们应该怎样处理？ 4. 提出解决方案，通过三视图深入研究这种螺旋线的特点 （3） 总结规律 当粒子速度方向与磁场方向既不平行也不垂直时，例子轨迹为等距螺旋线，螺距为。 （4） 应用结论 例题1.如图所示，质子以初速度进入磁感应强度为且足够大的匀强磁场中，速度方向与磁场方向的夹角为。已知质子的质量为，电荷量为。重力不计，则(   D ) 质子运动的轨迹为螺旋线，螺旋线的中轴线方向垂直于纸面向里 B. 质子做螺旋线运动的半径为 C. 质子做螺旋线运动的周期为 D. 一个周期内，质子沿着螺旋线轴线方向运动的距离即螺距为 例题2.我国最北的城市漠河地处高纬度地区，在晴朗的夏夜偶尔会出现美丽的彩色“极光”。极光是宇宙中高速运动的带电粒子受地球磁场影响，与空气分子作用的发光现象，若宇宙粒子带正电，因入射速度与地磁方向不垂直，故其轨迹偶成螺旋状如下图相邻两个旋转圆之间的距离称为螺距。下列说法正确的是(   D )   A. 带电粒子进入大气层后与空气发生相互作用，在地磁场作用下的旋转半径会越来越大 B. 若越靠近两极地磁场越强，则随着纬度的增加，以相同速度入射的宇宙粒子的半径越大 C. 漠河地区看到的“极光”将以逆时针方向从下往上看向前旋进 D. 当不计空气阻力时，若入射粒子的速率不变仅减小与地磁场的夹角，则旋转半径减小，而螺距增大 例题3.如图所示，空间中存在水平向右匀强磁场，磁感应强度为B。某处S点有电子射出，电子的初速度大小均为v，初速度方向呈圆锥形，且均与磁场方向成角（），S点右侧有一与磁场垂直的足够大的荧光屏，电子打在荧光屏上的位置会出现亮斑。若从左向右缓慢移动荧光屏，可以看到大小变化的圆形亮斑（最小为点状亮斑），不考虑其它因素的影响，下列说法正确的是（ACD　　） A. 若圆形亮斑的最大半径为R，则电子的比荷为 B. 若圆形亮斑的最大半径为R，则电子的比荷为 C. 若荧光屏上出现点状亮斑时，S到屏的距离为d，则电子的比荷可能为 D. 若荧光屏上出现点状亮斑时，S到屏的距离为d，则电子的比荷可能为 例题4.年，汤姆逊利用电磁偏转的方法，测量了电子的荷质比。世纪初，考夫曼用磁聚焦法也测量出粒子的荷质比，并且该实验还是狭义相对基础实验之一。如图为磁聚焦法简化原理图。电子从电子枪出发，初速度为零。虽然由于各种原因在处会出现散开一个角度，但可以认为经过加速电场的做功，所有电子均获得相同的轴向速度。如图方向的磁场作用下，电子将做螺旋运动，重新会聚在另一点。这种发散粒子束会聚到一点的现象与透镜将光束聚焦现象十分相似，因此叫磁聚焦。已知加速电压为，磁感应强度为，处角度为，电子的轴向速度为、不计重力以及电子之间的相互作用，求 求电子的比荷； 求在磁场中相邻两个会聚点的距离。 答案：（1） （2） （5） 拓展延伸 1.如图所示，在原有的空间中增加一个与磁场方向相同的电场E, 问：此时从O点出发的粒子做什么运动？ 2.如图所示，一个带电量+q，质量m的粒子以一定的水平初速度从P点进入极板长度为d的速度选择器(已知B、E)，从Q点穿出，求v0。 （6） 板书设计 1.3带电粒子在匀强磁场中的运动 1.匀速直线运动（v//B）。 2.匀速圆周运动（v⊥B） 3. 等距螺旋运动 （7） 教学反思 1 学科网（北京）股份有限公司 $