1.3 带电粒子在匀强磁场中的运动 教学设计 -2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

1.3带电粒子在匀强磁场中的运动教学设计-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册授课内容授课时数授课班级授课人数授课地点授课时间教学内容分析1.本节课的主要教学内容。

本节课的主要内容是带电粒子在匀强磁场中的运动，包括带电粒子在磁场中的运动规律，带电粒子在磁场中受到的力以及运动轨迹，以及带电粒子在磁场中运动的应用。

2.教学内容与学生已有知识的联系。

本节课与学生已有知识有关联的部分是运动学的知识，包括速度、加速度、位移等基本概念。此外，学生已经学习过电流、电压、电阻等电学知识，以及匀速直线运动、匀加速直线运动等运动学知识，这些都为本节课的学习奠定了基础。核心素养目标1.科学思维：通过本节课的学习，学生能够运用物理规律分析和解决带电粒子在匀强磁场中的运动问题，培养学生的科学思维能力。

2.科学探究：通过实验和例题，学生能够观察和分析带电粒子在磁场中的运动规律，培养学生的科学探究能力。

3.科学态度与责任：通过本节课的学习，学生能够认识到带电粒子在匀强磁场中运动的实际应用，培养学生的科学态度和责任感。

4.创新意识：通过本节课的学习，学生能够运用所学知识解决实际问题，培养学生的创新意识。教学难点与重点1.教学重点

本节课的核心内容是带电粒子在匀强磁场中的运动规律，包括以下几个方面：

（1）带电粒子在磁场中的运动方程：洛伦兹力公式和运动方程是本节课的重点，学生需要熟练掌握公式并能够正确运用到实际问题中。

（2）运动轨迹的计算：学生需要能够根据运动方程计算出带电粒子在磁场中的运动轨迹，包括直线轨迹、圆周轨迹等。

（3）运动速度和角度的关系：学生需要理解运动速度和角度的关系，并能够运用到实际问题中。

（4）带电粒子在磁场中的实际应用：学生需要了解带电粒子在磁场中的实际应用，如粒子加速器、磁悬浮列车等。

2.教学难点

本节课的难点是带电粒子在磁场中的运动方程和运动轨迹的计算，具体包括以下几个方面：

（1）洛伦兹力公式的理解：学生需要理解洛伦兹力的概念和公式，并能够正确运用到实际问题中。

（2）运动方程的推导：学生需要理解运动方程的推导过程，并能够运用到实际问题中。

（3）运动轨迹的计算：学生需要能够根据运动方程计算出带电粒子在磁场中的运动轨迹，包括直线轨迹、圆周轨迹等。

（4）运动速度和角度的关系：学生需要理解运动速度和角度的关系，并能够运用到实际问题中。教学方法与策略1.教学方法

（1）讲授法：通过教师的讲解，学生能够系统地学习带电粒子在匀强磁场中的运动规律，包括洛伦兹力公式、运动方程、运动轨迹的计算等。

（2）讨论法：教师组织学生进行小组讨论，共同解决实际问题，促进学生之间的交流和合作，提高学生的思维能力和解决问题的能力。

（3）案例研究法：通过分析具体的案例，学生能够将理论知识应用于实际问题中，加深对带电粒子在匀强磁场中运动规律的理解。

（4）项目导向学习法：教师引导学生完成一个项目，如设计一个简单的粒子加速器，学生能够通过实践加深对理论知识的理解，提高学生的动手能力和创新意识。

2.教学活动

（1）角色扮演：学生分组扮演不同的角色，如物理学家、工程师等，共同探讨带电粒子在匀强磁场中的运动规律，提高学生的参与度和兴趣。

（2）实验操作：通过实验演示，学生能够直观地观察带电粒子在磁场中的运动轨迹，加深对理论知识的理解。

（3）游戏设计：设计一个相关的物理游戏，如带电粒子在磁场中的运动轨迹游戏，学生能够在游戏中学习理论知识，提高学习兴趣。

（4）在线工具使用：利用在线工具，如虚拟实验室，学生可以模拟带电粒子在磁场中的运动，加深对理论知识的理解。

3.教学媒体和资源

（1）PPT：教师使用PPT进行讲解，展示带电粒子在匀强磁场中的运动规律，包括公式、图示等。

（2）视频：播放相关的视频，如粒子加速器的实验视频，学生能够直观地了解带电粒子在磁场中的实际应用。

（3）在线工具：利用在线工具，如虚拟实验室，学生可以模拟带电粒子在磁场中的运动，加深对理论知识的理解。

（4）教材和参考书籍：提供相关的教材和参考书籍，学生能够通过自学加深对理论知识的理解。教学过程设计1.导入新课（5分钟）

目标：激发学生的兴趣，引出本节课的主题。

过程：通过播放一段关于粒子加速器的视频，让学生了解带电粒子在磁场中的实际应用，激发学生的兴趣，引出本节课的主题。

2.带电粒子在磁场中的运动规律讲解（10分钟）

目标：让学生掌握带电粒子在匀强磁场中的运动规律。

过程：教师通过PPT展示洛伦兹力公式和运动方程，讲解带电粒子在磁场中的运动规律，让学生掌握公式和方程的运用。

3.运动轨迹的计算（20分钟）

目标：让学生能够根据运动方程计算出带电粒子在磁场中的运动轨迹。

过程：教师通过例题讲解运动轨迹的计算方法，学生通过练习掌握计算过程，加深对运动轨迹的理解。

4.学生小组讨论（10分钟）

目标：促进学生之间的交流和合作，提高学生的思维能力和解决问题的能力。

过程：学生分组讨论如何将理论知识应用于实际问题中，如设计一个简单的粒子加速器，通过讨论加深对知识的理解。

5.课堂展示与点评（15分钟）

目标：提高学生的表达能力和自信心，巩固所学知识。

过程：学生进行课堂展示，展示自己的小组讨论成果，教师进行点评和指导，巩固所学知识。

6.课堂小结（5分钟）

目标：总结本节课的主要内容，加深学生的记忆。

过程：教师总结本节课的主要内容，强调带电粒子在匀强磁场中的运动规律和运动轨迹的计算方法，加深学生的记忆。知识点梳理一、洛伦兹力公式

1.公式：F=q(v×B)，其中F为洛伦兹力，q为电荷量，v为速度，B为磁场强度。

2.方向：洛伦兹力的方向垂直于速度v和磁场B构成的平面，指向右上角。

二、运动方程

1.公式：m(dv/dt)=q(v×B)，其中m为质量，dv/dt为加速度。

2.解方程：将洛伦兹力公式代入运动方程，得到dv/dt=qvB/(2m)，即qvB/(2m)为加速度。

三、运动轨迹

1.直线轨迹：当v⊥B时，带电粒子做直线运动。

2.圆周轨迹：当v∥B时，带电粒子做圆周运动，半径r=mv/(qB)。

四、运动速度和角度的关系

1.速度v与角度θ的关系：v=v0cosθ，其中v0为初始速度。

2.加速度a与角度θ的关系：a=qv0B/(2m)sinθ。

五、实际应用

1.粒子加速器：利用磁场对带电粒子进行加速，提高粒子的能量。

2.磁悬浮列车：利用磁场对带电粒子进行控制，实现磁悬浮列车的稳定运行。

六、实验操作

1.实验目的：观察带电粒子在磁场中的运动轨迹。

2.实验器材：粒子加速器、磁场发生器、探测器等。

3.实验步骤：

（1）调整粒子加速器，使带电粒子以一定速度进入磁场。

（2）调整磁场发生器，产生稳定的磁场。

（3）观察并记录带电粒子在磁场中的运动轨迹。

七、习题解答

1.题目：一粒子以v0=10^6m/s的速度垂直进入磁场B=0.5T的匀强磁场中，求粒子的运动轨迹。

2.解答：根据运动方程，加速度a=qv0B/(2m)=10^6m/s*0.5T/(2*m)=2.5*10^5m/s^2。

粒子做圆周运动，半径r=mv/(qB)=m*10^6m/s/(q*0.5T)=2m。

因此，粒子的运动轨迹是一个半径为2m的圆周。教学反思在本节课的教学中，我采用了讲授法、讨论法、案例研究法等多种教学方法，旨在帮助学生全面理解和掌握带电粒子在匀强磁场中的运动规律。在讲解洛伦兹力公式和运动方程时，我注重引导学生理解和掌握公式的推导过程，并通过例题帮助学生加深对公式的运用。在讲解运动轨迹时，我通过实验演示和图示，使学生能够直观地观察到粒子在磁场中的运动轨迹，加深对理论知识的理解。

在小组讨论环节，我观察到学生积极参与讨论，能够运用所学知识解决实际问题，体现了学生的科学思维和科学探究能力。在课堂展示环节，学生能够清晰地表达自己的观点，展示自己的思考过程，体现了学生的表达能力和自信心。

然而，在本节课的教学中，我也发现了一些不足之处。例如，在讲解运动轨迹的计算时，部分学生对公式的运用不够熟练，需要进一步的指导和练习。此外，在课堂小结环节，我应该更加明确地强调本节课的重点内容，以帮助学生更好地巩固所学知识。板书设计1.洛伦兹力公式

-F=q(v×B)

-方向：垂直于速度v和磁场B构成的平面，指向右上角

2.运动方程

-m(dv/dt)=q(v×B)

-解方程：dv/dt=qvB/(2m)

3.运动轨迹

-直线轨迹：v⊥B

-圆周轨迹：v∥B，r=mv/(qB)

4.运动速度和角度的关系

-v=v0cosθ

-a=qv0B/(2m)sinθ

5.实际应用

-粒子加速器

-磁悬浮列车

6.实验操作

-实验目的：观察带电粒子在磁场中的运动轨迹

-实验器材：粒子加速器、磁场发生器、探测器等

-实验步骤：

-调整粒子加速器，使带电粒子以一定速度进入磁场

-调整磁场发生器，产生稳定的磁场

-观察并记录带电粒子在磁场中的运动轨迹

7.习题解答

-题目：一粒子以v0=10^6m/s的速度垂直进入磁场B=0.5T的匀强磁场中，求粒子的运动轨迹

-解答：

-加速度a=qv0B/(2m)=10^6m/s*0.5T/(2*m)=2.5*10^5m/s^2

-粒子做圆周运动，半径r=mv/(qB)=m*10^6m/s/(q*0.5T)=2m

-粒子的运动轨迹是一个半径为2m的圆周重点题型整理1.洛伦兹力公式的应用

-题目：一个带电粒子以速度v垂直于磁场B运动，求洛伦兹力的大小。

-答案：洛伦兹力F=q(v×B)，其中q为电荷量，v为速度，B为磁场强度。代入数值计算即可得到洛伦兹力的大小。

2.运动方程的求解

-题目：一个带电粒子以速度v进入磁场B，求粒子的加速度。

-答案：根据运动方程m(dv/dt)=q(v×B)，解方程得到dv/dt=qvB/(2m)，即加速度a=qvB/(2m)。

3.运动轨迹的计算

-题目：一个带电粒子以速度v进入磁场B，求粒子的运动轨迹。

-答案：根据运动轨迹的公式，当v⊥B时，粒子做直线运动；当v∥B时，粒子做圆周运动，半径r=mv/(qB)。代入数值计算即可得到轨迹的形状和大小。

4.运动速度和角度的关系

-题目：一个带电粒子以速度v进入磁场B，求粒子的速度v与角度θ的关系。

-答案：根据运动速度和角度的关系，v=v0cosθ，其中v0为初始速度。代入数值计算即可得到速度v与角度θ的关系。

5.实际应用问题解答

-题目：粒子加速器是如何利用磁场对带电粒子进行加速的？

-答案：粒子加速器通过在粒子路径上施加磁场，使带电粒子在磁场中受到洛伦兹力，从而实现对粒子的加速。具体来说，粒子在进入磁场时，会受到垂直于速度和磁场方向的洛伦兹力，使得粒子在磁场中做圆周运动。随着粒子在磁场中的运动，其动能不断增加，实现加速效果。课堂小结，当堂检测-洛伦兹力公式：F=q(v×B)，方向垂直于速度v和磁场B构成的平面，指向右上角。

-运动方程：m(dv/dt)=q(v×B)，解方程得到dv/dt=qvB/(2m)。

-运动轨迹：当v⊥B时，粒子做直线运动；当v∥B时，粒子做圆周运动，半径r=mv/(qB)。

-运动速度和角度的关系：v=v0cosθ，a=qv0B/(2m)sinθ。

-实际应用：粒子加速器、磁悬浮列车。

-实验操作：观察带电粒子在磁场中的运动轨迹。

2.当堂检测

-题目1：一个带电粒子以速度v进入磁场B，求洛伦兹力的大小。

-解答：洛伦兹力F=q(v×B)，代入数值计算即可得到洛伦兹力的大小。

-题目2：一个带电粒子以速度v进入磁场B，求粒子的加速度。

-解答：根据运动方程m(dv/dt)=q(v×B)，解方程得到dv/dt=qvB/(2m)，即加速度a=qvB/(2m)。

-题目3：一个带电粒子以速度v进入磁场B，求粒子的运动轨迹。

-解答：根据运动轨迹的公式，当v⊥B时，粒子做直线运动；当v∥B时，粒子做圆周运动，半径r=