帶電粒子在磁場中的運動質(zhì)譜儀

時間：2023-05-02 04:23:45 物理教案我要投稿

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帶電粒子在磁場中的運動質(zhì)譜儀

教學(xué)目標(biāo)

帶電粒子在磁場中的運動質(zhì)譜儀

知識目標(biāo)

1、理解帶電粒子的初速度方向與磁感應(yīng)強度方向垂直時，做勻速圓周運動．

2、會推導(dǎo)帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑、周期公式，并會用它們解答有關(guān)問題．

3、知道質(zhì)譜儀的工作原理．

能力目標(biāo)

通過推理、判斷帶電粒子在磁場中的運動性質(zhì)的過程，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的邏輯推理能力．

情感目標(biāo)

通過學(xué)習(xí)質(zhì)譜儀的工作原理，讓學(xué)生認(rèn)識先進科技的發(fā)展，有助于培養(yǎng)學(xué)生對物理的學(xué)習(xí)興趣．

教學(xué)建議

教材分析

本節(jié)重點是研究帶電粒子垂直射入勻強磁場中的運動規(guī)律：半徑以及周期，通過復(fù)習(xí)相關(guān)力學(xué)知識，利用力于運動的關(guān)系突破這一重點，需要注意的是：

1、確定垂直射入勻強電場中的帶電粒子是勻速圓周運動；

2、帶電粒子的重力通常不考慮。

教法建議

由于我們研究的是帶電粒子在磁場中的運動情況，研究的是磁場力與運動的關(guān)系，因此教學(xué)開始，需要學(xué)生回憶相關(guān)的力學(xué)知識，為了引導(dǎo)學(xué)生分析推導(dǎo)粒子做勻速圓周運動的原因、規(guī)律，教師可以通過實驗演示引入，讓學(xué)生認(rèn)真觀察實驗現(xiàn)象，結(jié)合運動和力的關(guān)系分析原因，總結(jié)規(guī)律，積極思考、討論例題，對規(guī)律加深理解、提高應(yīng)用能力．最后通過例題講解，加深知識的理解．

教學(xué)設(shè)計方案

帶電粒子在磁場中的運動質(zhì)譜儀

一、素質(zhì)教育目標(biāo)

（一）知識教學(xué)點

1、理解帶電粒子的初速度方向與磁感應(yīng)強度方向垂直時，做勻速圓周運動．

2、會推導(dǎo)帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑、周期公式，并會用它們解答有關(guān)問題．

3、知道質(zhì)譜儀的工作原理．

（二）能力訓(xùn)練點

通過推理、判斷帶電粒子在磁場中的運動性質(zhì)的過程，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的邏輯推理能力．

（三）德育滲透點

通過學(xué)習(xí)質(zhì)譜儀的工作原理，理解高科技的巨大力量．

（四）美育滲透點

用電子射線管產(chǎn)生的電子做圓周運動的精美圖像感染學(xué)生，提高學(xué)生對物理學(xué)圖像形式美的審美感受力．

二、學(xué)法引導(dǎo)

1、教師通過演示實驗法引入，復(fù)習(xí)提問法引導(dǎo)學(xué)生分析推導(dǎo)粒子做勻速圓周運動的原因、規(guī)律．通過例題講解，加深理解．

2、學(xué)生認(rèn)真觀察實驗現(xiàn)象，結(jié)合運動和力的關(guān)系分析原因，總結(jié)規(guī)律，積極思考、討論例題，對規(guī)律加深理解、提高應(yīng)用能力．

三、重點難點疑點及解決辦法

1、重點

帶電粒子垂直射入勻強磁場中的運動半徑和運動周期．

2、難點

確定垂直射入勻強磁場中的帶電粒子運動是勻速圓周運動．

3、疑點

帶電粒子的重力通常為什么不考慮？

4、解決辦法

復(fù)習(xí)力學(xué)知識、引導(dǎo)同學(xué)利用力與運動的關(guān)系分析，討論帶電粒子在磁場中的運動情況。

四、課時安排

1課時

五、教具學(xué)具準(zhǔn)備

演示用特制的電子射線管。

六、師生互動活動設(shè)計

教師先通過演示實驗引入，再啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生用力學(xué)知識分析原因，推導(dǎo)規(guī)律，通過例題講解，學(xué)生思考和討論進一步加深對知識的理解，提高學(xué)生運用知識解決實際問題的能力。

七、教學(xué)步驟

（一）明確目標(biāo)

（略）

（二）整體感知

本節(jié)教學(xué)首先通過演示實驗告訴學(xué)生，當(dāng)帶電粒子的初速度方向與磁場方向垂直時，粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動這一結(jié)論，然后試著用力與運動的關(guān)系分析粒子為什么做勻速圓周運動，再由學(xué)生推導(dǎo)帶電粒子在磁場中的運動半徑和周期，根據(jù)力學(xué)知識，重點是理解運動半徑與磁感應(yīng)強度、速度的關(guān)系；運動周期與粒子速率和運動半徑無關(guān)．

（三）重點、難點的學(xué)習(xí)與目標(biāo)完成過程

1、引入新課

上一節(jié)我們學(xué)習(xí)了洛侖茲力的概念，我們知道帶電粒子垂直磁場方向運動時，會受到大小，方向始終與速度方向垂直的洛侖茲力作用，今天我們來研究一下，受洛侖茲力作用的帶電粒子是如何運動的？

2、粒子為什么做勻速圓周的運動？

首先通過演示實驗觀察到，當(dāng)帶電粒子的初速度方向與勻強磁場方向垂直時，粒子的運動軌道是圓．

在力學(xué)中我們學(xué)習(xí)過，物體作勻速圓周運動的條件是物體所受的合外力大小不變，方向始終與速度方向垂直．當(dāng)帶電粒子垂直于勻強磁場方向運動時，通常它的重力可以忽略不計（請同學(xué)們討論），可看作只受洛侖茲力作用，洛侖茲力方向和速度方向在同一個平面內(nèi)，由于洛侖茲力方向總與速度方向垂直，因而它對帶電粒子不做功，根據(jù)動能定理可知運動粒子的速度大小不變，再由可知，粒子在運動過程中所受洛侖茲力的大小即合外力的大小不變，根據(jù)物體作勻速圓周運動的條件得出帶電粒子垂直勻強磁場運動時，作勻速圓周運動．

3、粒子運動的軌道半徑和周期公式

帶電粒子垂直于勻強磁場方向運動時做勻速圓周運動，其向心力等于洛侖茲力，請同學(xué)們根據(jù)牛頓第二定律，推導(dǎo)帶電粒子的運動半徑和周期公式．

經(jīng)過推導(dǎo)得出粒子運動半徑，運動周期。

運用學(xué)過的力學(xué)知識理解，當(dāng)粒子運動速度較大時，粒子要離心運動，其運動半徑增大，所以速度大，半徑也大；當(dāng)磁場較強時，運動電荷受洛侖茲力增大，粒子要向心運動，其運動半徑減小，所以磁感應(yīng)強度大，半徑小．由于帶電粒子運動速度大時，其運動半徑大，運動軌跡也長，可以理解粒子運動的周期與速度的大小和軌道半徑無關(guān)．為了加深同學(xué)們對半徑和周期公式的理解，舉下面的例題加以練習(xí)．

［例1］同一種帶電粒子以不同的速度垂直射入勻強磁場中，其運動軌跡如圖所示，則可知

（1）帶電粒子進入磁場的速度值有幾個？

（2）這些速度的大小關(guān)系為．

（3）三束粒子從O點出發(fā)分別到達(dá)1、2、3點所用時間關(guān)系為．

4、質(zhì)譜儀

首先請同學(xué)們閱讀課本上例題的分析求解過程，然后組織學(xué)生討論質(zhì)譜儀的工作原理．

（四）總結(jié)、擴展

本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了帶電粒子垂直于勻強磁場運動的情況，經(jīng)過實驗演示和理論分析得出粒子做勻速圓周運動．并根據(jù)牛頓運動定律得出粒子運動的半徑公式和周期公式．最后我們討論了它的一個具體應(yīng)用——質(zhì)譜儀．

但應(yīng)注意的是如果帶電粒子速度方向不是垂直勻強磁場方向時，帶電粒子將不再是作勻速圓周運動．

八、布置作業(yè)

（1）P156（1）～（6）

九、板書設(shè)計