带电粒子在磁场中的运动教学设计3.doc

带电粒子在磁场中的运动教学设计3 教学目的: 1.理解带电粒子在磁场中的运动规律,能推导、应用半径公式和周期公式. 2.进行思维方法教育训练,培养辩证唯物主义观点. 重难点: 带电粒子在磁场中运动的轨迹、半径和周期的分析确定. 教具: 洛仑兹力演示仪,洛仑兹力纸板模型. 教学过程: 一、提出问题,引入新课 师:同学们,上节课我们学习讨论了磁场对运动电荷的作用力──洛仑兹力,下面请同学们确定黑板上画的正负电荷所受洛仑兹力的大小和方向. 一学生上讲台画f方向,写出f大小,另一学生指正,如图1所示. 师:通过作图,我们再一次认识到,洛仑兹力总是与粒子的运动方向垂直.这样一来粒子还能做直线运动吗? 生:不能. 师:那么粒子做什么运动呢?有怎样的规律?这就是我们上节课没有解决,今天要研究解决的课题. 板书:带电粒子在磁场中的运动. 师:带电粒子包括电子、质子、α粒子等带正负电荷的粒子,我们这节课的教学目的是研究正、负粒子在磁场中的运动规律. 板书:研究q在B中的运动规律. 二、分析论证,得出结论 师:研究带电粒子在磁场中的运动规律应从哪里着手呢?我们知道,物体的运动规律取决于两个因素:一是物体的受力情况;二是物体具有的速度,因此,力与速度就是我们研究带电粒子在磁场中运动的出发点和基本点. 黑板上画的粒子,其速度及所受洛仑兹力均已知,除洛仑兹力外,还受其它力作用吗?严格说来,粒子在竖直平面内还受重力作用,但通过上节课的计算,我们知道,在通常情况下,粒子受到的重力远远小于洛仑兹力,所以,若在研究的问题中没有特别说明或暗示,粒子的重力是可以忽略不计的,因此,可认为黑板上画的粒子只受洛仑兹力作用. 为了更好地研究问题,我们今天来研究一种最基本、最简单的情况,即粒子垂直射入匀强磁场,且只受洛仑兹力作用的运动规律. 下面,我们从洛仑兹力与速度的关系出发,研究粒子的运动规律,洛仑兹力与速度有什么关系呢? 第一、洛仑兹力和速度都与磁场垂直,洛仑兹力和速度均在垂直于磁场的平面内,没有任何作用使粒子离开这个平面,因此,粒子只能在洛仑兹力与速度组成的平面内运动,即垂直于磁场的平面内运动. 板书:平面⊥B 第二、洛仑兹力始终与速度垂直,不可能使粒子做直线运动,那做什么运动?这个问题请同学们回答. 生:匀速圆周运动,因为洛仑兹力始终与速度方向垂直,对粒子不做功,根据动能定理可知,合外力不做功,动能不变,即粒子的速度大小不变,但速度方向改变;反过来,由于粒子速度大小不变,则洛仑兹力的大小也不变,但洛仑兹力的方向要随速度方向的改变而改变,因此,带电粒子做匀速圆周运动,所需要的向心力由洛仑兹力提供. 师:说得好,下面请同学们观看纸板模型演示. 师:分析推理得出的结果是否正确呢?最好的方法就是用实验来验证. 教师介绍洛仑兹力演示仪的构造、原理,然后操作演示不加磁场和加磁场两种情况下,电子射线的径迹. 师:从演示中,同学们观察到的现象是什么? 生:在不加磁场的情况下,电子射线的径迹是直线;在加垂直于速度的匀强磁场情况下,电子射线的径迹是圆. 师:对,这就证明了上述的分析、推理是正确的,到此,我们就可下结论了:带电粒子垂直射入匀强磁场,在只受洛仑兹力作用的情况下,粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动. 板书:结论:匀速圆周运动 师:既然粒子是做匀速圆周运动,那么它的圆心在哪里?半径有多大?周期是多少呢?这就是我们要进一步讨论的问题,从上面纸板模型的演示中,你能看出粒子做匀速圆周运动的圆心在哪儿吗? 生:在纸板的固定点,即洛仑兹力作用线的交点上. 师:对,圆心一定在洛仑兹力作用线的交点上,正因为此,解题时可通过作两洛仑兹力作用线的交点来确定圆心. 板书:圆心:洛仑兹力作用线的交点. 师:半径、周期应怎样确定?根据做匀速圆周运动的基本条件,洛仑兹力可提供所需的向心力,由此可确定半径、周期. 成正比,与B成反比,这一规律可用实验来验证. 通过改变洛仑兹力演示仪的加速电压和磁场电流,定性验证r与v、B的关系. 重要的规律,遗憾的是我们无法用实验验证它,但对这个规律必须有一个正确的理解. 凭经验我们知道,跑步比赛时,跑得越快经历的时间就越短.为什么带电粒子在磁场中运动的时间与v、r无关呢?它与跑步比赛有何不同呢? 生:跑步比赛时,跑的是大小相等的圈,速率越大,时间就越短.而粒子在磁场中运动的圆大小是随速率的增大而增大的.从