带电粒子在磁场中的运动 质谱仪_4

1 / 7 带电粒子在磁场中的运动 质谱仪 m 教学目标 知识目标 1、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度方向垂直时，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，并会用它们解答有关问题 3、知道质谱仪的工作原理 能力目标 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 情感目标 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 教学建议 教材分析 本节重点是研究带电粒子垂直射入匀强磁场中的运动规律：半径以及周期，通过复习相关力学知识，利用力于运动的关系突破这一重点，需要注意的是： 1、确定垂直射入匀强电场中的带电粒子是匀速圆周运动； 2 / 7 2、带电粒子的重力通常不考虑。 教法建议 由于我们研究的是带电粒子在磁场中的运动情况，研究的是磁场力与运动的关系，因此教学开始，需要学生回忆相关的力学知识，为了引导学生分析推导粒子做匀速圆周运动的原因、规律，教师可以通过实验演示引入，让学生认真观察实验现象，结合运 动和力的关系分析原因，总结规律，积极思考、讨论例题，对规律加深理解、提高应用能力最后通过例题讲解，加深知识的理解 教学设计方案 带电粒子在磁场中的运动质谱仪 一、素质教育目标 （一）知识教学点 1、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度方向垂直时，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，并会用它们解答有关问题 3、知道质谱仪的工作原理 （二）能力训练点 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 / 7 （三）德育渗透点 通过学习质谱仪的工作原理，理解高科技的巨大力量 （四）美育渗透点 用电子射线管产生的电子做圆周运动的精美图像感染学生，提高学生对物理学图像形式美的审美感受力 二、学法引导 1、教师通过演示实验法引入，复习提问法引导学生分析推导粒子做匀速圆周运动的原因、规律通过例题讲解，加深理解 2、学生认真观察实验现 象，结合运动和力的关系分析原因，总结 规律，积极思考、讨论例题，对规律加深理解、提高应用能力 三、重点难点疑点及解决办法 1、重点 带电粒子垂直射入匀强磁场中的运动半径和运动周期 2、难点 确定垂直射入匀强磁场中的带电粒子运动是匀速圆周运动 3、疑点 带电粒子的重力通常为什么不考虑？ 4、解决办法 4 / 7 复习力学知识、引导同学利用力与运动的关系分析，讨论带电粒子在磁场中的运动情况。 四、课时安排 1 课时 五、教具学具准备 演示用特制的电子射线管。 六、师生互动活动设计 教师先通过演示实验引入，再启发引导学生用力学知识分析原因，推导规律，通过例题讲解，学生思考和讨论进一步加深对知识的理解，提高学生运用知识解决实际问题的能力。 七、教学步骤 （一）明确目标 （略） （二）整体感知 本节教学首先通过演示实验告诉学生，当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时，粒子在匀强磁场中做 匀速圆周运动这一结论，然后试着用力与运动的关系分析粒子为什么做匀速圆周运动，再由学生推导带电粒子在磁场中的运动半径和周期，根据力学知识，重点是理解运动半径与磁感应强度、速度的关系；运动周期与粒子速率和运动半径无关 （三）重点、难点的学习与目标完成过程 5 / 7 1、引入新课 上一节我们学习了洛仑兹力的概念，我们知道带电粒子垂直磁场方向运动时，会受到大小，方向始终与速度方向垂直的洛仑兹力作用，今天我们来研究一下，受洛仑兹力作用的带电粒子是如何运动的？ 2、粒子为什么做匀速圆周的 运动？ 首先通过演示实验观察到，当带电粒子的初速度方向与匀强磁场方向垂直时，粒子的运动轨道是圆 在力学中我们学习过，物体作匀速圆周运动的条件是物体所受的合外力大小不变，方向始终与速度方向垂直当带电粒子垂直于匀强磁场方向运动时，通常它的重力可以忽略不计（请同学们讨论），可看作只受洛仑兹力作用，洛仑兹力方向和速度方向在同一个平面内，由于洛仑兹力方向总与速度方向垂直，因而它对带电粒子不做功，根据动能定理可知运动粒子的速度大小不变，再由可知，粒子在运动过程中所受洛仑兹力的大小即合外力的大小不 变，根据物体作匀速圆周运动的条件得出带电粒子垂直匀强磁场运动时，作匀速圆周运 动 3、粒子运动的轨道半径和周期公式 带电粒子垂直于匀强磁场方向运动时做匀速圆周运动，6 / 7 其向心力等于洛仑兹力，请同学们根据牛顿第二定律，推导带电粒子的运动半径和周期公式 经过推导得出粒子运动半径，运动周期。 运用学过的力学知识理解，当粒子运动速度较大时，粒子要离心运动，其运动半径增大，所以速度大，半径也大；当磁场较强时，运动电荷受洛仑兹力增大，粒子要向心运动，其运动半径减小，所以磁感 应强度大，半径小由于带电粒子运动速度大时，其运动半径大，运动轨迹也长，可以理解粒子运动的周期与速度的大小和轨道半径无关为了加深同学们对半径和周期公式的理解，举下面的例题加以练习 例 1同一种带电粒子以不同的速度垂直射入匀强磁场中，其运动轨迹如图所示，则可知 （ 1）带电粒子进入磁场的速度值有几个？ （ 2）这些速度的大小关系为 （ 3）三束粒子从 o 点出发分别到达 1、 2、 3 点所用时间关系为 4、质谱仪 首先请同学们阅读课本上例题的分析求解过程， 然后组织学生讨论质谱仪的工作原理 （四）总结、扩展 本节课我们学习了带电粒子垂直于匀强磁场运动的情况，经过实验演示和理论分析得出粒子做匀速圆周运动并7 / 7 根据牛顿运动定律得出粒子运动的半径公式和周期公式最后我们讨论了它的一个具体应用 质谱仪 但应注意的是如果带电粒子速度方向不是