风陵渡中学物理——《带电粒子在组合场中的运动》教学设计.doc

带电粒子在组合场中的运动教学设计教学目标：知识与技能：1知道什么是组合场，以及组合场的特点。2掌握带电粒子在组合场中的运动分析的基本方法和思路。过程与方法：通过综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在组合场(电场、磁场)中的问题.，培养学生的分析推理能力，应用数学知识处理物理问题能力。情感态度与价值观： 培养物理学科严密的逻辑思维，明辨物理过程的本质，进一步引导学生建立崇尚科学的价值观。 教学重点：粒子在组合场中的运动分析的基本方法和思路。教学难点：粒子运动问题的求解。教学方法：教师讲授法、问答法 教学过程：引入:1复习提问：什么是洛伦兹力？带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时会做什么运动呢？ 学生：磁场对运动电荷的作用；匀速圆周运动。2过渡引入：物体在重力作用下的运动与带电粒子在匀强电场中的运动，都是恒力作用下的运动，因此它们的运动规律有诸多相似之处，常用类比法处理，而带电粒子在匀强磁场中运动所受洛伦兹力是一变力，在有磁场的组合场复合场中带电粒子的运动变得更为复杂。带电粒子在磁场、组合场、复合场、有界场中的运动是高中物理的重要内容，这类问题对考查同学们空间想象能力，综合分析能力，应用数学知识处理物理问题的能力都有较高的要求，是高考的热点。本节课我们复习带电粒子在组合场中的运动。基础知识回顾：（学生自主完成） 一、带电粒子在组合场中运动情况分析 1带电粒子在匀强电场中运动，当粒子初速度与电场强度方向在同一直线上时，粒子做_运动；二者方向成一定夹角时，粒子做_运动，一般采用_ _处理该问题 2带电粒子在匀强磁场中运动，当粒子速度方向与磁感应强度方向垂直时，带电粒子做_运动，它在磁场中运动的时间与粒子的速率_，由做圆周运动的_决定二、带电粒子在组合场中运动的典型应用 1电视显像管 电视显像管是应用电子束_(选填“电偏转”或“磁偏转”)的原理来工作的，使电子束偏转的_ (选填“电场”或“磁场”)是由两对偏转线圈产生的显像管工作时，由_发射电子束，利用磁场来使电子束偏转，实现电视技术中的_，使整个荧光屏都在发光 2质谱仪 (1)构造：如图所示，由粒子源、_、_和照相底片等构成(2)原理：粒子由静止被加速电场加速，根据动能定理可得关系式_。粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得关系式_.由两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、粒子质量、比荷_.3回旋加速器(1)构造：如图所示，D1、D2是半圆金属盒，D形盒的缝隙处接_电源D形盒处于匀强磁场中(2)原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期_，粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙，两盒间的电势差一次一次地反向，粒子就会被一次一次地加速由qvBm，得Ekm_，可见粒子获得的最大动能由_和D形盒_决定，与加速电压无关. 三、带电粒子在组合场中运动情况分析规律方法(采用提问方式处理) 1处理带电粒子在电场与磁场的组合场上的运动类问题，要明确电场力与洛伦磁力的不同： (1)在电场中的带电粒子不论其运动与否，均受到电场力的作用，而磁场仅仅对运动着的并且速度跟磁场方向不平行的带电粒子有洛伦兹力作用； (2)电场力的大小与速度无关，而洛伦兹力的大小与带电粒子的速度有关；(3)电场力的方向与电场的方向或相同、或相反，而洛伦兹力的方向既垂直于磁场，又垂直于速度； (4)电场力既可以改变带电粒子运动速度的方向，也可以改变带电粒子运动速度的大小，而洛伦兹力只能改变速度的方向，不能改变速度的大小； (5)电场力对带电粒子做功且与路径无关，可以改变粒子的动能，而洛伦兹力不对带电粒子做功，不能改变粒子的动能2对于粒子连续通过各个不同情况的场的问题，要按不同的场分阶段进行处理，对应不同阶段采用不同的规律解题，例如在匀强磁场中的圆周运动，应用牛顿运动定律进行处理，在匀强电场中的匀变速曲线运动应用正交分解的方法进行处理 3在解题时应根据场的不同和进入场的速度分阶段进行受力分析和运动分析，画出粒子的运动轨迹，尤其要注意两个场中运动的衔接点的位置及速度的大小和方向，它有承上启下的作用解题思路与方法：（1）分析带电粒子在各场中的受力情况和运动情况，一般在电场中做类平抛运动，在磁场中做匀速圆周运动。(2)正确地画出粒子的运动轨迹图，在画图的基础上注意运用几何知识寻找关系。(3) 选择物理规律，列方程对类平抛运动，一般分解为沿初速度方向的匀速直线运动和垂直初速度方向的匀加速直线运动；对粒子在磁场中做匀速圆周运动，应注意洛伦兹力提供向心力这一特点。(4)注意确定粒子在组合场交界位置处的速度大小与方向，该速度是联系两种运动的桥梁。例题解析例1：（2008宁夏（17分）如图所示，在xOy平面的第一象限有一匀强电场，电场的方向平行于y轴向下；在x轴和第四象限的射线OC之间有一匀强磁场，磁感应强度的大小为B，方向垂直于纸面向外。有一质量为m带有电荷量+q的质点由电场左侧平行于x轴射入电场。质点到达x轴上A点时，速度方向与x轴的夹角为，A点与原点O的距离为D接着，质点进入磁场，并垂直于OC飞离磁场。不计重力影响。若OC与x轴的夹角为，求： 粒子在磁场中运动速度的大小； 匀强电场的场强大小 引导：（采用问答式）1. 带电粒子在电场中可能做什么运动？学生回答：当粒子进入电场时的速度方向与电场线平行时，粒子做匀变速直线运动。当粒子进入电场时的速度方向与电场线垂直时，粒子将做类平抛运动。2. 带电粒子在匀强磁场中可能做什么运动？学生回答：当粒子进入匀强磁场时的速度方向与磁感线平行时，粒子将做匀速直线运动。当粒子进入匀强磁场时的速度方向与磁感线垂直时，粒子将做匀速圆周运动。3. 学生自己分析该题分为哪几个过程？试着画运动轨迹。并找学生在黑板上演示。4. 教师点评总结：点评 解答带电粒子在组合场中的运动问题的关键是分析清楚带电粒子在各场中的运动情况，并且注意带电粒子在两场边界的运动状态，尤其是空间位置的即时速度的大小、方向，这是联系粒子在两个场区运动的桥梁。学生练习：如图，bd将矩形abcd分成l和两个区域，I区域内存在平行于ad向下的匀强电场，区域内有垂直于纸面向外的匀强磁场。一质量为m、电荷量为q(q0)的粒子以速度v0从a点沿ab方向进入电场，经对角线bd的中点P进入磁场。已知ad=L，ab= L，忽略粒子的重力，求： (1)带电粒子到达P点时速度的大小vp。(2)若带电粒子从P点进入磁场后，不能从dc边射出，求磁感应强度B的大小。例2（2011全国卷1）.（19分） 如图，与水平面成45角的平面MN将空间分成I和II两个区域。一质量为m、电荷量为q（q0）的粒子以速度从平面MN上的点水平右射入I区。粒子在I区运动时，只受到大小不变、方向竖直向下的电场作用，电场强度大小为E；在II区运动时，只受到匀强磁场的作用，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里。求粒子首次从II区离开时到出发点的距离。粒子的重力可以忽略。教师板书详细解题过程：(强调解题规范性)解析 带电粒子进入电场后，在电场力的作用下沿抛物线运动，其加速度方向竖直向下，设其大小为a，由牛顿定律得qEma设经过时间t0，粒子从平面MN上的点P1进入磁场，由运动学公式和几何关系得v0t0at粒子速度大小v1为v1设速度方向与竖直方向的夹角为，则tan此时粒子到出发点P0的距离为s0v0t0此后，粒子进入磁场，在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，圆的半径为r1设粒子首次离开磁场的点为P2，弧所对的圆心角为2，则P1到点P2的距离为s12r1sin由几何关系得45联立解得s1点P2与点P0相距ls0s1联立解得l练习：如图，直线MN 上方有平行于纸面且与MN成45的有界匀强电场，电场强度大小未知；MN下方为方向垂直于纸面向里的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B。今从MN上的O点向磁场中射入一个速度大小为v、方向与MN成45角的带正电粒子，该粒子在磁场中运动时的轨道半径为R。若该粒子从O点出发记为第一次经过直线MN，而第五次经过直线MN时恰好又通过O点。不计粒子的重力。求： (1)电场强度E的大小(2)该粒子第五次从O点进入磁场后，运动轨道的半径。(3)该粒子从O点出发到再次回到O点所需的时间。课堂小结：对于带电粒子在分区域的电场、磁场中的运动，最简单的处理办法就是进行分段处理，关键是要注意在两种区域的交界处的边界问题的处理与运动的链接问题。教学反思： 本节课我们学习的是电场和磁场的组合场问题。带电