高中物理 第三章 磁场 带电粒子在复合场中运动教学设计 新人教版选修31.doc

高中物理 第三章 磁场 带电粒子在复合场中运动教学设计 新人教版选修3-1【教学目标】1知道什么是复合场，以及复合场的特点。2掌握带电粒子在复合场中的运动分析的基本方法和思路。3了解带电粒子在复合场中运动的一些典型应用。【教学重点】粒子在复合场中的运动分析的基本方法和思路。【教学难点】粒子在复合场中的运动分析和轨迹的寻找。【教学方法】探究、讲授、讨论、练习。【教学手段】多媒体教学。【教学用具】多媒体教学设备、投影仪。【教学过程】复习引入问题设计：1、如何判断一个物体做什么样的运动？ 我们已经知道，质点的运动性质由其初速度以及所受的合外力决定，对带电微粒则有：师生互动归纳1当带电粒子在复合场中所受的合外力为零时，微粒将静止或做匀速直线运动；2当带电粒子在复合场中所受的合外力充当向心力时，微粒将做匀速圆周运动；3当带电粒子在复合场中所受的合外力不变时，微粒将做匀变速直线运动或做匀变速曲线运动；4当带电微粒所受的合外力的大小、方向均是不断变化的，则微粒将做非匀变速曲线运动。解题思路与方法为了提高分析能力及解题效率，我们一般按以下思路进行分析：1正确进行受力分析，除弹力、重力、摩擦力，要特别注意电场力和磁场力的分析；2正确进行物体的运动状态分析，找出物体的速度、位置及变化，分清运动过程，如果出现临界状态，要分析临界条件；3恰当选用解决力学问题的三大方法：a牛顿运动定律及运动学公式（只适用于匀变速运动）；b用动量观点分析，即由动量定理和动量守恒定律；c用能量观点分析，包括动能定理和机械能（或能量）守恒定律，应注意不论带电体运动状态如何，洛伦兹力永远不做功。应首选能量观点和动量观点进行分析。教师讲解强调：对在复合场中运动的带电体进行正确受力分析1受力分析的顺序：先场力（包括重力、电场力、磁场力），后弹力，再摩擦力等。2重力、电场力与物体运动速度无关，但洛伦兹力的大小与粒子速度有关，方向还与电荷的性质有关，所以必须充分注意到这一点来正确分析其受力情况，从而正确确定物体的运动情况。3一般情况下，电子、质子、离子等微观粒子在复合场中受的重力远小于电场力、磁场力，因而重力可忽略不计，如果有具体数据，可通过比较确定是否考虑重力，有时还需由题设条件来确定是否计算重力。实例应用例1空间存在相互垂直的匀强电场e和匀强磁场b，其方向如图1所示。一质子以初速度v0垂直于电场和磁场射入，则粒子在场中的运动情况可能是（ ）a匀速直线运动 b匀速圆周运动c匀变速曲线运动 d变加速曲线运动解题要点：分两种初始条件（ee = ebv0和ee ebv0）作过程讨论（答案：a、d）应用：如果上面的叠加场右边有平行e的直线边界，当所加磁场b1时，导致质子越过场区时顺着e的方向发生了d的位移，而且射出时的速率为2v0。而当磁场变为b2时，质子越过场区时逆着e的方向发生了的位移，求这时质子射出的速率。解题要点：两次应用动能定理，注意洛伦兹力不做功。（答案：）【例题2】如图所示，长均为d的两正对平行金属板mn、pq水平放置，板间距离为2d，板间有正交的匀强电场和匀强磁场，一带电粒子从mp的中点o垂直于电场和磁场方向以v0射入，恰沿直线从nq的中点a射出；若撤去电场，则粒子从m点射出（粒子重力不计）。以下说法正确的是a该粒子带正电b该粒子带正电、负电均可c若撤去磁场，则粒子射出时的速度大小为2 v0d若撤去磁场，则粒子射出时的速度大小为v0试题分析：若撤去电场，则粒子从m点射出，根据左手定则知粒子应带正电荷，故a正确，b错误；设粒子的质量为m，带电量为q，粒子射入电磁场时的速度为v0，则粒子沿直线通过场区时：bqv0=eq撤去电场后，在洛仑兹力的作用下，粒子做圆周运动，由几何知识知r=d/2；洛仑兹力提供向心力：撤去磁场，粒子做类平抛运动，设粒子的加速庶a，穿越电场所用时间为t，则有：eq=may=at2； d=v0t由联立解得：y=d；设末速度为v，由动能定理知：解得：，故c错误，d正确；故选：ad拓展：考查速度选择器的单向性。【例题3】质量为m带电量为q的小球套在竖直放置的绝缘杆上，球与杆间的动摩擦因数为。匀强电场和匀强磁场的方向如图2所示，电场强度为e，磁感应强度为b。小球由静止释放后沿杆下滑。设杆足够长，电场和磁场也足够大，求运动过程中小球的最大加速度和最大速度。拓展：如果将电场反向，小球将做何种运动？试题分析：当电场力等于洛伦兹力时，绝缘杆对小球的支持力等于0，故此时滑动摩擦力等于0，则物体所受的合外力等于物体的重力，此时物体的加速度最大，故物体最大的加速度a=g；当物体匀速运动时，物体的加速度为0，此时物体的速度最大，且物体所受的滑动摩擦力等于物体所受的重力即：mg=fn，而此时qvb-eq=fn，即qvb-eq=mgmgqb解得物体的最大速度v=+答：在运动过程中小球的最大加速度为g；最大速度为当堂检测：如图甲所示,在矩形abcd区域内,对角线bd以上的区域存在平行于ad向下的匀强电场,对角线bd以下的区域存在垂直于纸面的匀强磁场(图中未标出),矩形ad边长为l,ab边长为2l.一个质量为m、电荷量为+q的带电粒子(重力不计)以初速度v0从a点沿ab方向进入电场,在对角线bd的中点p处进入磁场,并从dc边上以垂直于dc边的速度离开磁场(图中未画出),求：(1)电场强度e的大小和带电粒子经过p点时速度v的大小和方向.(2)磁场的磁感应强度b的大小和方向课堂小结处理带电粒子在复合场中运动问题的思路：处理带电质点在三场中运动的问题，首先应该对质点进行受力分析，依据力和运动的关系确定运动的形式。若质