大单元教学设计1.3 带电粒子在匀强磁场中的运动 人教版高中物理选择性必修第二册.docx

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

教材分析：

在本节教材中，我们将深入探讨洛伦兹力的应用。与以往的学习方式不同，本次教学采用了实验探究、理论分析与推导相结合的方式进行。通过这种方式，我们希望让学生在实践中体会理论知识的重要性，并培养学生运用所学知识解决实际问题的能力。

首先，学生将进行实验探究，积累感性的材料。在实验过程中，他们可以观察到洛伦兹力在不同条件下的表现，为后续的理论分析打下基础。实验过程中，学生要学会如何正确操作实验设备，观察实验现象，并对实验数据进行记录和整理。

接下来，学生将利用已学的理论知识对实验结果进行深入分析。在这个过程中，教师将引导学生运用所学知识，对实验现象进行解释，并从中提炼出关键规律。通过对实验数据的理论推导，学生将更好地理解洛伦兹力的本质，并掌握其计算方法。

在实验与理论分析的基础上，学生还将进行进一步的探究。他们将尝试运用所学知识解决实际问题，如分析洛伦兹力在电磁设备中的应用、探讨洛伦兹力与其它物理量的关系等。这种方式旨在培养学生理论联系实际的科研能力，使他们能够在实际问题中灵活运用所学知识。

总之，本节教材的内容以洛伦兹力的应用为核心，通过实验探究、理论分析与推导相结合的方式，让学生在实践中感受理论知识的力量，培养学生解决实际问题的能力。在学习过程中，学生将体会到理论与实践相结合的研究方法的重要性，并从中收获成功的喜悦。这种教学方式有助于提高学生的学习兴趣和积极性，为他们的未来发展奠定坚实基础。

物理核心素养：

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，体会科学技术的发展对人类的进步贡献。

教学重难点：

1、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

2、教学难点：粒子在洛伦兹力作用下的匀速圆周运动相关问题。

教学方法与教具：

洛伦兹力演示仪、感应线圈、电源、多媒体、立体坐标等。

教学过程：

带电粒子在匀强磁场中的运动

讨论：

嘿，你知道吗？如果带电粒子不理会重力的召唤，一股脑儿地往匀强磁场里冲，它可就有大戏唱啦！这小家伙，跟那魔法世界里的小精灵似的，会在磁场里跳起优雅的舞蹈。你猜猜，它会怎么跳？

由于是匀强磁场，洛伦兹力大小保持不变

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

所以，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

二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期

首先，我们来了解一下匀强磁场中带电粒子的运动轨迹。

在匀强磁场中，带电粒子运动时会产生一个半径。这个半径的大小和哪些因素有关呢？

其实，带电粒子运动轨迹的半径主要和两个因素有关：粒子的速度和磁场的强度。

粒子的速度越快，运动轨迹的半径就越大。这是因为在相同的磁场强度下，速度越快的粒子受到的洛伦兹力就越大，从而运动轨迹的半径也就越大。

另外，磁场的强度也会影响带电粒子运动轨迹的半径。磁场的强度越强，运动轨迹的半径就越小。因为磁场强度越大，洛伦兹力就越大，导致粒子运动轨迹的半径变小。

所以，总结一下，匀强磁场中带电粒子运动轨迹的半径主要和粒子的速度和磁场的强度有关。

思路: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

三、【例题】

一个质量为1.67×10-27kg、电荷量为1.6×10-19C的带电粒子，以5×105m/s的初速度沿与磁场垂直的方向射入磁感应强度为0.2T的匀强磁场。求：

（1）粒子所受的重力和洛伦兹力的大小之比；

（2）粒子在磁场中运动的轨道半径；

（3）粒子做匀速圆周运动的周期。

分析

依据所给数据分别计算出带电粒子所受的重力和洛伦兹力，就可求出所受重力与洛伦兹力之比。带电粒子在匀强磁场中受洛伦兹力并做匀速圆周运动，由此可以求出粒子运动的轨道半径及周期

解:（1）粒子所受的重力

G＝mg＝1.67×