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6 带电粒子在匀强磁场中的运动 整体设计 教学分析 本节教材的内容属于洛伦兹力知识的应用，教科书采用了先实验探究，再理论分析与推导的顺序。这样的过程比较符合一般的认知规律，会降低学习的难度。但是，如果学生整体水平较高，就可以采用先理论分析，再实验验证的顺序，给学生提供较高强度的思维训练。这样使学生既有思维能力训练，又有感性认识体验，在理论与实践的结合中体会到成功的喜悦，同时也进一步体会理论联系实践的研究方法。 教学目标 通过实验，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圆周运动，圆周运动的半径与磁感应强度的大小和入射的速度的大小有关。 通过理论分析，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，并能用学过的知识推导出匀速圆周运动的半径公式和周期公式。 能用学过的知识分析、计算有关带电粒子在匀强磁场中受力、运动的问题，了解质谱仪和回旋加速器的工作原理。 通过实验和理论探究、合作探讨，体会科学探究的乐趣。 教学重点难点：重点是理解轨道半径和周期，难点是带电粒子垂直射入匀强磁场做匀速圆周运动的成因。 教学方法与手段 以问题思考先导，引导学生运用原有所学的知识进行思考，再辅以实验仪器的演示探究，形成感性认识，再通过合作学习发动学生对带电粒子在磁场中的运动情况进行思考、讨论，进行理论探究，将带电粒子在匀强磁场中的运动的探究进行到底。 课前准备 教学媒体： 洛伦兹力演示仪、多媒体课件、微机 知识准备 复习洛伦兹力的定义、洛伦兹力的特点。 教学过程 导入新课 [事件1] [事件] 教学任务：带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时的运动轨迹探究 师生活动： 洛伦兹力演示仪中1.电子束有电子枪产生，玻璃泡内充有稀薄气体，当电子束通过玻璃泡时，可以显示电子的径迹。调节电子枪的加速电压可以改变电子的速度大小。2.励磁线圈在两线圈间产生匀强磁场，其方向与两线圈中心连线的方向平行。调节励磁线圈的电流，可以改变磁感应强度。 观察并思考：不加磁场时，电子束的径迹。 【演示】不加磁场时，电子束的径迹。 结论：不加磁场时，电子枪射出的电子不受外力作用，做匀速直线运动。 【演示】给励磁线圈通电，在玻璃泡中产生沿两线圈中心方向、由内指向外的磁场时，电子束的径迹。 观察并思考：给励磁线圈通电，在玻璃泡中产生沿两线圈中心方向、由内指向外的磁场时，电子束的径迹会怎样？ 交流讨论：为什么会是匀速圆周运动？ 结论：洛伦兹力的方向与磁场方向垂直，在一个平面内，洛伦兹力方向与速度方向垂直，不改变速度的大小只改变速度的方向，所以做匀速圆周运动。 [事件] 教学任务：实验探究圆周运动的半径与速度、磁感应强度的关系。 师生活动： 【演示】保持电子枪的加速电压不变，即电子进入磁场的速度不变，改变励磁线圈的电流大小，即磁感应强度的大小，电子束的径迹。 思考并讨论：圆周运动的半径与磁感应强度之间的关系如何？ 结论：磁感应强度越大，半径越小。 【演示】保持励磁线圈的电流大小，即磁感应强度的大小不变，改变电子枪的加速电压即电子进入磁场的速度，电子束的径迹。 思考并讨论：圆周运动的半径与速度之间的关系如何？ 结论：速度越大，半径越大。 [事件] 教学任务：理论探究圆周运动的半径运动周期与速度、磁感应强度的关系。 师生活动： 问题引导：一带电量为q，质量为m ，速度为v的带电粒子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其半径r和周期T为多大？ 思考并讨论：轨道半径如何推导？周期如何推导？ 参考推导：因为，所以 设计说明：以洛伦兹力演示仪演示实验，先使学生形成感性认识，再辅以理论的探究，这样的顺序符合一般的认知规律，会降低认知难度；若学生认识水平较高，可以先理论探究，再实验验证，这样提供较多的思维训练。 [事件] 教学任务：“气泡室”照片解释 师生活动 【投影】展示“气泡室”照片 观察思考：不同带电粒子的轨迹半径为什么不同,同一条轨迹上为什么曲率半径会越来越小。 结论：不同带电粒子的质量、速度、所带电荷量的多少不一样，所以半径不同；带电粒子在运动过程中能量降低，速度减小，所以曲率半径会越来越小，径迹呈螺旋形。 [事件] 教学任务：质谱仪 师生活动： 思考与讨论：能否从气泡室中带电粒子的轨迹得到启发设计一个仪器，将带电量和质量比值（比荷）不同、初速度几乎为零的带电粒子分开？ 可能思考：可以将这些带电粒子经过电场加速后射入磁场，根据带电粒子在匀强磁场中运动的半径不一样，从而可以将带电粒子分开。 呈现例题：一个质量为m、电荷量为的粒子，从容器下方的小孔S1飘入电势差为Ｕ的加速电场，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为Ｂ的匀强磁场中，最后打到照相底片Ｄ上求： （１）求粒子进入磁场时的速率 （２）求粒子在磁场中运动的轨道半径 设计说明：质谱仪的问题是带