2022年高中物理选修3-1 3-6 带电粒子在匀强磁场中的运动 教学设计

2022年高中物理选修3-1 3-6 带电粒子在匀强磁场中的运动 教学设计一、学情分析 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。在第五节，学生也已经学习过运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力的大小计算、方向的判定。但学生分析问题、解决问题的能力还不是很全面，本节中分析问题的思路对于学生来说是需要重点加强掌握的，在教学中，需要教师的指引。二、学习内容分析本节课的困难点高中物理课程内容包括两本必修和四个选修教材，带电粒子在匀强磁场中的运动选自选修3-1的第三章磁场第六节。本节课是磁场这一章内容的重中之重，在高考题题中常以综合计算题形式出现，本节教材即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，既是力学部分和电磁学部分旧知识的回忆复习，又是将这两部分有机整合进行全新理论的构建过程。学好本节内容将增强学生科学素质，能为今后进一步更好掌握学习方法打下基础。三、教学目标1. 知识与技能：（1）理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。（2）会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，知道它们与哪些因素有关。（3）了解质谱仪的工作原理。2. 过程与方法：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，通过推理、判断带电粒子在磁场中的运动性质的过程，培养学生严密的逻辑推理能力。3.情感态度与价值观：（1） 理解物理的基本原理，其应用的最终目的是科学和生活实践。（2） 通过学习质谱仪的工作原理，让学生认识先进科技的发展，有助于培养学生对物理的学习兴趣四、重难点分析教学重点：（1）运动电荷半径及周期计算公式推导及应用（2）质谱仪原理分析教学难点：质谱仪原理分析五、信息技术及其他学习资源的应用延伸主要的课程资源，发挥教材最大的作用；合理利用网络资源，选择生活中常见的事例；白板的使用，帮助学生更好地理解，比如在磁场中带电粒子的受力情况。导入部分通过图片资料，引起学生的学习兴趣。六、教学流程图反馈练习，学以致用知识总结，谈收获学生利用已学知识画带电粒子在磁场中的运动轨迹观察极光现象引出课题创设情境 导入新课新知导学 合作探究推导运动半径和周期设计质谱仪实验演示带电粒子在磁场中的运动轨迹 巩固训练 拓展提高结束课堂小结 布置作业达标检测 当堂反馈七、教学过程 （一）创设情境 导入新课，约2分钟。观看有关极光现象的视频，思考其中的物理知识。提问：为什么只能在南北极附近观测到神秘莫测的极光现象？（二）新知导学 合作探究，约20分钟。1.请画出带电粒子在匀强磁场中的洛伦兹力及运动轨迹 2.演示实验：结论(1)带电粒子的运动方向与磁场方向平行：做运动。(2)带电粒子的运动方向与磁场方向垂直：粒子做运动且运动的轨迹平面与磁场方向。(3)带电粒子的运动方向与磁场方向成角：粒子在垂直于磁场方向作运动，在平行磁场方向作运动。3推导运动半径和周期（1）向心力公式：Fn=（2）带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的向心力由什么力来提供？（3）定量推导：带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的向心力由什么力来提供Fn= 即 = 则运动半径R=运动周期T=（4）定性分析带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径与哪些因素有关系？4质谱仪如何通过本节所学内容设计一个仪器去测定比荷呢？ 若粒子的质量为m，电荷量为+q，加速电压为U，进入磁感应强度为B的匀强磁场；则（1）粒子进入磁场时的速率V为？（2） 粒子在磁场做匀速圆周运动的半径为？（3） 比荷为？（4）在图中画出粒子的运动轨迹以及圆心和半径结论：通过测量 ，计算出比荷，此为质谱仪的原理。（三） 巩固训练 拓展提高，约10分钟。【反馈练习】1. 粒子（H）即氦原子核，质量约为质子（H）的四倍。现质子和a粒子在同一匀强磁场中做匀速圆周运动，求以下情况下它们运动半径之比：（1） 它们的速度大小相同（2） 它们由静止经过相同的加速电场后进入磁场2. 氘（H）和a粒子（H）以不同的初速度垂直进入同一匀强磁场中，它们在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动，运动周期之比是？结论：在匀强磁场中，做匀速圆周运动的带电粒子的运动周期与、无关，与有关。3、A、B是两种同位素的原子核，它们具有相同的电荷，不同的质量。为了测定它们的质量比，使它们从质谱仪的同一加速电场由静止开始加速，然后沿着与磁场垂直的方向进入同一匀强磁场，打到照相底片上。如果从底片上获知A、B在磁场中运动的轨迹的直径之比是1.08:1，求A、B的质量之比。（四）课堂小结 布置作业 ，约5分钟。1带电粒子在匀强磁场中的运动(1)带电粒子的运动方向与磁场方向平行： (2)带电粒子的运动方向与磁场方向垂直：轨道半径公式： 周期公式：。2质谱仪是一种十分精密的仪器，是测量带电粒子的和分析的重要工具。（五） 达标检测 当堂反馈，约8分钟。（1）如图所示，a和b是从A点以相同的动能射入匀强磁场的两个带等量电荷的粒子运动的半圆形轨迹，已知其半径ra=2rb，由此可知（ ）A两个粒子均带正电，质量之比ma：mb=4:1B两个粒子均带负电，质量之比ma：mb=4:1C两个粒子均带正电，质量之比ma：mb=1: 4DABC均不对。（2）粒子甲的质量与电荷量分别是粒子乙的4倍和2倍，两个粒子均带正电荷。让它们在匀强磁场中同一点一大小相等，方向相反的速度开始运动。已知磁场方向垂直纸面向里。如图中的四个图，能正确表示两粒子运动轨迹的是（ ）（3）在匀强磁场中一个带电粒子做匀速圆周运动，如果又顺利垂直进入另一个磁感应强度是原来磁感应强度2倍的匀强磁场，则（ ）A粒子的速率加倍，周期减半 B粒子的速率不变，轨道半径减半C粒子的速率减半，轨道半径变为原来的1/4 D粒子的速率不变，周期减半（4 ）如图所示，ab是一弯管，其中心线是半径为R的一段圆弧，将它置于一给定的匀强磁场中，磁场方向垂直于圆弧所在平面，并且指向纸外有一束粒子对准a端射入弯管，粒子有不同的质量、不同的速度，但都是一价正离子，则（ ）A只有速度大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管B只有质量大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管C只有动量大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管D只有能量大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管八、教学反思延伸主要的课程资源，发挥教材最大的作用；合理利用网络资源，选择生活中常见的事例；白板的使用，帮助学生更好地理解，比如在磁场中带电粒子的受力情况。导入部分通过图片资料，引起学生的学习兴趣。推导半径和周期公式后例题中比例问题，学生理解比较困难，教师应该给与示范。