1.3带电粒子在匀强磁场中的运动教学设计

1.3带电粒子在匀强磁场中的运动
一、教材分析
物理课程标准：理解洛伦兹力提供向心力，带电粒子做匀速圆周运动的相关特点及其应用。

教材内容及体系安排：带电粒子的运动是电学中比较难的点，是将电磁学、力学知识融为一体的内容。

学生的物理模型建立较弱，本节是要帮学生建立相关的模型特点。

让学生能够清楚知道带电粒子的运动情况、以及相关的特点。

二、学情分析
授课学生对象：高二年级的学生。

知识储备：理解洛伦兹力方向判断、大小的计算。

能力基础：知识的把握能力较弱，不会用相应的物理概率解决问题。

学习缺乏主动性。

思维方式：储备相应的基本技能知识，但是没有形成系统的规律和方法。

对问题处理能力较弱。

三、教学目标与核心素养
物理观念∶能用洛伦兹力分析匀速圆周运动的相关特点。

科学思维∶学会掌握运动电荷在磁场中匀速圆周运动轨迹绘制方式，梳理求半径的方式方法。

科学探究：通过对射线在密室中的运动轨迹分析，提升学生基于经验事实建构物理建构模型的能力
科学态度与责任∶分析解决问题的过程中，培养学生严谨、实事
求是的科学态度，引导学生注重对生活中的相关应用。

培养学生科学发展，促进学生科学责任的形成。

四、教学重难点
教学重点：运动电荷在磁场做圆周运动的半径、运动时间的解法。

教学难点：运动电荷在磁场中运动轨迹的绘制，利用方式方法对圆心的寻找。

五、教法学法
教法：讲授法、实验探究法
学法：自主探究法、讨论交流法、
六、教学准备
多媒体课件、圆规、直尺等实验器材
七、教学过程
1、温故知新、复习导入课堂
一、洛伦兹力：运动电荷（正负电荷）在磁场中受到的力
二、洛伦兹力的方向、大小
三、洛伦兹力洛伦兹力的特点
1.运动电荷在磁场中可能不受到洛伦兹力（v与B平行时）
2.运动电荷的方向v与B组成的平面垂直F=qvB
3.洛伦兹力只改变运动电荷的速度方向，不改变运动电荷的速度大小
4、洛伦兹力永不做功
新课教学1：列举生活中常见的粒子
带电的基本粒子:电子，质子，α粒子，正负离子
带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃
新课教学2：带电粒子在匀强磁场、电场中的运动
探究1：带电粒子在匀强电场中的运动（平行时）
带电粒子做匀加速直线运动探究1：带电粒子在匀强磁场中的运动（平行时）
带电粒子做匀速直线运动探究2：带电粒子在偏转电场中做类平抛运动
带电粒子在偏转电场中类平抛运动
带电粒子在偏转磁场中的运动？
新课教学3：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动
洛伦兹力的特点：洛伦兹力对带电粒子不做功，不改变带电粒子的速度大小，只改变速度的方向。

新课教学：利用演示器观察带电粒子（电荷）的轨迹
实验演示器带电粒子磁场中轨迹分析实验演示器观察到的实验现象分析：
1.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。

2.磁场强度不变，粒子射入的速度增加，轨道半径也增大。

3. 粒子射入速度不变，磁场强度增大，轨道半径减小
新课教学4：带电粒子（电荷）在匀强磁场中的运动特点
匀速圆周运动的原因：由洛伦兹力提供向心力：qvB=m v2 r
带电粒子电荷在匀强磁场中运动的轨道半径：r=mv qB
带电粒子电荷在匀强磁场中运动的周期：T=2πm
qB
=2πr
v
带电粒子电荷在匀强磁场中运动的时间：t=θ
2π
T
学以致用，扩展提升1
1.(多选)两相邻匀强磁场区域的磁感应强度大小不同、方向平行,一速度方向与磁感应强度方向垂直的带电粒子(不计重力),从较强磁场区域进入到较弱磁场区域后,粒子的()
A.轨道半径减小,速率减小
B.轨道半径增大,角速度减小
C.轨道半径增大,周期增大
D.轨道半径不变,速率不变
新课教学5：寻找运动粒子（电荷）做匀速圆周运动轨道半径
方法一：已知入射方向和出射方向, 与速度垂直的半径交点就是圆弧轨道的圆心。

方法二：已知入射方向和出射点的位置时，半径与弦中垂线的交点就是圆弧轨道的圆心
图1 图2 新课教学6：径匀速圆周运动半径的计算 方法1:由物理方法求:半径
mv 2r
=qvB r =
mv qB
方法2:由几何方法求:一般由数学知识(勾股定理、三角函数等)计算来确定
新课教学7：匀速圆周运动粒子运动时间的计算 方法1:由圆心角求:t =θ2π
T
方法2:由弧长求:t =s v
新课教学8：圆心角与偏向角、圆周角的关系
①带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向之间的夹角φ叫作偏向角,偏向角等于圆弧 对应的圆心角α,即α=φ,如图所示。

②圆弧PM 所对应圆心角α等于弦 与切线的夹角(弦切
V
P
M
O
V V
P
M
O
角)θ的2倍,即α=2θ,
学以致用，扩展提升2
例1.如图所示，一束电子（电荷量为e）以速度v垂直射入磁感应强度为B、宽度为d的匀强磁场中.穿过磁场时速度方向与电子原来射入方向的夹角是30°（偏转角），则电子的质量为m，穿过磁场的时间是.
例2.如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场的边界上，有两个电荷量绝对值相同、质量相同的正负粒子（不计重力），从O点以相同的速度先后射入磁场中，入射方向与边界成θ角，则正负粒子在磁场中（）
A.运动时间相同
B.运动轨迹的半径相同
C.重新回到边界时的速度相同
D.重新回到边界时与O点的距离相等
八：板书设计
一、匀速圆周运动的原因：由洛伦兹力提供向心力：qvB=m v2 r
二、带电粒子（粒子）电荷在匀强磁场中运动的轨道半径r=mv
qB
三、带电粒子（粒子）电荷在匀强磁场中运动的周期：T=2πm
qB
=2πr
v
四、带电粒子（粒子）电荷在匀强磁场中运动的时间：t=θ
2π
T
九、教学反思
1、带电粒子在匀强磁场中，做匀速圆周运动找轨道半径、利用运动的轨迹，分析带电粒子（电荷）收到洛伦兹力的方向。

2.利用两点（入射点、出射点）两方向（入射点方向、出射点方向），寻找圆心的方式。

3.两点一方向做中垂线的找圆心的方法，知道圆心角和速度偏向角的关系。

4.对于圆形边界磁场、直线边界磁场、平行边界磁场，几种不同磁场运动轨迹的分析，确定圆心的方式方法。