高二物理带电粒子在磁场中的运动 教学设计

                                              丁中  周国峰

【教材分析】本节教材既联系了高一的匀速圆周运动内容，又承接前面带电粒子在磁场中所受洛伦兹力的内容，并且在高三复习课上复合场中带电粒子的受力分析问题求解，也需要本节知识的铺垫
【学生分析】总体上分析：学生已经学习了匀速圆周运动内容，能够计算关于圆周运动向心力、半径、周期等问题，在本章前面部分，也已学习过运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力的大小计算、方向判定。

【课题分析】洛伦兹力的特点总结

力与运动关系

圆周运动的向心力

由洛伦兹力提供向心力的运动，在什么情况下出现　　带电粒子做圆周运动时的向心力、半径、周期

带电粒子以几种特殊方向飞入磁场可能的运动状态

磁场有没有形状、边界？

如果存在有形状和边界的磁场，带电粒子在里面的运动又会有什么特殊情况

质谱仪原理
【教学目标】
1、知识与技能：①理解运动电荷垂直磁感线飞入磁场中的轨迹是圆周，运动状态是匀速圆周运动

　 ②会分析运动电荷在磁场中的受力情况，并掌握其运动半径和周期的公式推导及应用

③了解质谱仪原理

2、过程与方法：①能从洛伦兹力提供向心力开始推导出带电粒子做圆周运动的半径及周期

②能够求出运动电荷在穿越有界磁场的时间

3、情感态度价值观：①理解物理的基本原理，其应用的最终目的是科学与生活实践
②新科技的发展有赖于物理学的发展与应用

【重点难点】①运动电荷半径及周期的计算公式推导以及应用

②混合场作用下的平衡条件分析、运动状态分析

③质谱仪原理分析

【教学过程】

第一课时：

新课引入

极光视频

吸引学生注意力

设问一：极光如何产生？

引导学生进入本节课

新课讲授：1，电子同方向进入磁场

2，电子垂直进入磁场

猜想作什么运动？

实验演示：洛伦兹力演示仪

实验简析：介绍实验器材

几种特殊情况举例让学生分析：在匀强磁场作用下

①带电粒子沿磁场方向飞入

②带电粒子沿磁场反方向飞入

③带电粒子沿垂直磁场方向飞入

引导学生分析出在①②情况下带电粒子所受洛伦兹力为零

③先让学生分析带电粒子可能受的力，然后引导学生计算并推导出对于电子这样的单个电荷而言，它在垂直磁场方向运动时受的洛伦兹力远大于所受重力，因此重力可以忽略不计

再让学生分析带电粒子恰好垂直磁场方向飞入磁场时，所受洛伦兹力最大，且其方向时刻与速度方向垂直，在这样的力作用下，推导出电荷会做匀速圆周运动，向心力由洛伦兹力提供

验证前面的猜想。

改变磁场强弱和加速电压，观察现象，提出问题。

引导学生推导出洛伦兹力提供向心力的结论写出

让学生自主推导出运动电荷在洛伦兹力作用下作匀速圆周运动时的运动半径

引导学生回忆匀速圆周运动中运动周期与运动速度的关系式，将代入可得　　从周期公式中观察并与半径公式比较，由教师主导总结：与无关

荷质比相同的不同电荷飞入同一匀强磁场，其运动周期相同

举几道例题让学生体会公式的运用和解题的方法，提出质谱仪的工作原理，并解释开头极光的产生。
【教学总结】教师引导并提示，让学生回忆巩固，并总结以下知识点：

⑴运动电荷在洛伦兹力作用下作匀速圆周运动的条件，并推导出其半径、周期表达式

⑵在有界磁场中运动时间的求法

⑶质谱仪的工作原理

【教学后记】本节内容通过教学实践证实是切实可行，而且对于学生而言既发挥了学生主观能动性，又能够较准确吸引重要知识点，并养成解同类题型的解题方法与思维，美中不足的是，教学设计中由于时间关系不能详细分析质谱仪的原理，因此，在第二课时会重点介绍，当然，这样也有好处，课后有时间可以给学生讲一些科学前沿的知识，有助于提高学生学习物理的兴趣。