《带电粒子在匀强磁场中的运动》教学设计

《带电粒子在匀强磁场中的运动》教学设计

一、教材分析

本节是位于高中物理教材人教版选修3-1第三章第6节《带电粒子在匀强磁场中的运动》。在该内容之前学生已经学习了匀速圆周运动、向心力、洛伦兹力和左手定则等知识。本节将在上节课的基础上研究带电粒子在匀强磁场中的运动情况，以演示实验为主，探究带电粒子的运动受哪些因素的影响，然后举出两个在实践上的应用的例子——质谱仪、回旋加速器，加深学生对该内容的理解。该内容将力学和电磁学联系在一起，具有极强的综合性，是学生学习的重点和难点，综合考察了学生建构物理模型、分析推理能力和运用数学工具处理物理问题的能力，是高中物理学习的核心内容。

二、学情分析

1、在学习上：在此之前学生已经学习了匀速圆周运动、洛伦兹力等知识，特别是对匀速圆周运动有了深刻的认识，但是由于刚刚学习洛伦兹力，对洛伦兹力的理解较浅，需要加强训练以巩固知识。

2、在心理上：高二学生具有较成熟的抽象思维能力，能够运用归纳、推理等方法解决一些问题，而且好奇心强，乐于思考，已具备一定的基础知识和技能。但认知还比较浅，而且对待问题缺乏耐心和信心，对教师有一定的依赖，需要鼓舞和激励。

三、教学目标

（一）知识与技能

1、了解显示带电粒子在匀强磁场中运动路径的方法；

2、知道洛伦兹力不做功，它只改变带电粒子的速度方向，不改变速度大小；

3、掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律及方法；

4、知道质谱仪和回旋加速器的构造、原理和用途。

（二）过程与方法

1、经历用洛伦兹力演示仪演示实验的过程，学会显示带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的方法；

2、通过观察视频和动画，结合匀速圆周运动和几何关系，学会找到粒子的轨道半径和计算周期；

3、通过学习质谱仪和回旋加速器，了解带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动在生产生活中的应用。（三）情感态度价值观

1、通过用洛伦兹力演示仪观察电子在匀强磁场中的运动实验，培养观察和思考能力；

2、通过对带电粒子垂直射入匀强磁场做圆周运动的轨道半径和周期公式的推导，培养严密的科学态度；

3、通过学习质谱仪和回旋加速器的构造和原理，大胆提出设想，培养创新思维和实践能力。

四、教学重难点

（一）教学重点

1、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径和周期公式的推导和延伸应用；

2、应用带电粒子在匀强磁场中运动规律分析质谱仪、回旋加速器以及其他有关问题。（二）教学难点

1、带电粒子垂直射入匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径和周期公式的推导和延伸应用；

2、带电粒子在匀强磁场中运动问题的综合分析。

五、教学方法

演示法、讲授法、讨论法、分析推理法、练习法

六、教学媒体和用具

多媒体（PPT ）、洛伦兹力演示仪

七、教学过程

教学过程

教师活动学生活动设计意图

新课导入（2~3min）

提问：

①什么是洛伦兹力？产生的条件是什么？②洛伦兹力的大小和方向如何确定？

③洛伦兹力有什么特点？带电粒子在磁场中是否一定受到洛伦兹力的作用？集中注意力，认真思

考教师提出的问题，并运用已有知识经验回答问题。

设置多个问题，

创设物理情境，

激发学习动机。

新课教学

介绍洛伦兹力演示仪：

请同学们观看我的PPT 或者教材P 99的洛伦兹力演示仪。（教师介绍洛伦兹力演示仪的构造、原理和用途）

认真听课，思考该仪器的用途以及与本节课内容之间的联

系。

先介绍实验仪器的构造、原理和用途，以备使用。

新课教学

实物图结构图

提问：（以下情况均不考虑电子束的重力）

（1）不加磁场时，电子束的径迹如何？

（2）外加垂直于纸面的磁场时，电子束的径迹如

何？

（3）外加垂直于纸面的磁场，保持加速电压不变，

改变磁感应强度，电子束的径迹如何？

（4）外加垂直于纸面的磁场，保持磁感应强度不变，

改变出射电子的速度，电子束的径迹又如何？

演示实验：（按序号顺序依次进行实验）

（1）不加磁场时，观察电子束的径迹；

（2）外加垂直于纸面的磁场时，观察电子束的径迹；

（3）外加垂直于纸面的磁场，保持加速电压不变，

改变磁感应强度，观察电子束的径迹；

（4）外加垂直于纸面的磁场，保持磁感应强度不变，

改变出射电子的速度，观察电子束的径迹。

观察到现象：

（1）不加磁场时，电子束的径迹是直线；

（2）外加匀强磁场时，电子束的径迹是圆周；

（3）外加磁场越弱，运动的半径越大；

（4）电子束的出射速度越大，运动的半径越大。

师生总结：

带电粒子在垂直于匀强磁场方向的平面内做匀速圆

周运动，洛伦兹力提供向心力。洛伦兹力不改变带

电粒子的速度大小，不对带电粒子做功，不改变粒

子的能量。

思考：（5~7min）

（1）带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径

与粒子的速度、磁场的磁感应强度有什么关系呢？

积极参与课堂讨论，

提出猜想。

认真观看教师演示，

对比自己的猜想，是

否正确。

认真分析实验现象。

同教师一起总结。

积极思考，参与课堂

讨论。尝试推导半径

这4个问题是本

节课要解决的

主要问题，让学

生大胆地去猜

想，培养学习迁

移的能力。

通过实验验证

猜想，既可以激

发学习热情，也

可以使得结论

更具有说服力。

和教师一起总

结观察到的实

验现象，培养实

验探究的科学

思维方法。

综合考察学生

的学习迁移能