河南省濮阳市华龙区高级中学高中物理《带电粒子在匀强磁场中的运动》教案 新人教版选修3-1

1 河南省濮阳市华龙区高级中学高中物理河南省濮阳市华龙区高级中学高中物理 带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动 学案学案 新人教版选修新人教版选修 3 13 1 带电粒子在磁场中的运动是高中物理的一个难点 也是高考的热点 在历年的高考试题中均 有这方面的考题 带电粒子在磁场中的运动问题 综合性较强 解这类问题既要用到物理中的 洛仑兹力 圆周运动的知识 又要用到数学中的平面几何中的圆及解析几何知识 教学目标教学目标 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 并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 2 能根据题目所给条件确定圆心 画出轨迹 并利用几何关系求半径 掌握带电粒子在磁场 中做圆周运动一类问题的核心分析方法 3 培养学生利用图形解决物理问题的意识 教学重难点教学重难点 重点 找圆心 画粒子在有界磁场中的运动轨迹 难点 动圆类问题的解决方法 教学方法教学方法 讲练结合 利用多媒体演示动态效果 使较抽象的动圆问题具象化 导学过程导学过程 一 基本知识回顾一 基本知识回顾 学生对照学案 回顾以下三个基本内容 为分析例题做准备 1 洛伦兹力 2 洛伦兹力方向的判定 3 洛伦兹力大小的计算 带电粒子在匀强磁场中仅受洛伦兹力而做匀速圆周运动时 洛伦兹力充当向 心力 qvB 又 由此可以推导出带电粒子在匀强磁场中做 匀速圆周运动的半径公式和周期公式 R T 教师点拨 教师点拨 既定粒子以不同速度进入匀强磁场中做匀速圆周运动 速度越大 半径越大 但周期仅由荷质比决定 与速度 半径无关 二 粒子在有界磁场中的运动粒子在有界磁场中的运动 例 1 如图 直线MN上方有磁感应强度为B的匀 强磁场 正 负电子同时从同一点O以与MN成 30 角的同样速度v射入磁场 电子质量为m 电荷为e 它们从磁场中射出时相距多远 射出的时间差是多少 教师点拨 教师点拨 圆心一定在垂直于初速度的直线上 变式训练 1 如右图所示 直角三角形 ABC 中存在一匀强磁场 比荷相同的两个带电粒子 不计重力 沿 AB 方向射入磁场 分别从 AC 边上的 P Q 两点射出 则 v R T 2 2 A 从 P 射出的粒子速度大 B 从 Q 射出的粒子速度大 C 从 P 射出的粒子在磁场中运动时间长 D 两粒子在磁场中运动时间一样长 教师点拨 教师点拨 圆心一定在弦的中垂线上 拓展延伸 拓展延伸 若题目中知 A 30 AP PQ 2 1 则粒子从 P Q 射出的速度之比为多少 与 AC 边 夹角为多少 例 2 宽度为d的平行竖直线 MN 和 PQ 间有垂直纸面向内的匀强磁 场 如图所示 磁感强度为B 现有质量为m 电量为q的带正电粒 子 不计重力 从左边界上 S 处与 MN 成 30 角斜向下以某速度v 射入磁场 欲使粒子不从右边界射出 求粒子射入磁场的速度的取 值范围 教师点拨方法后学生自行依据几何关系列方程 算出临界速度 学生板演 教师点拨方法后学生自行依据几何关系列方程 算出临界速度 学生板演 教师点评 总结方法 并强调解题过程的必要文字说明 基本方程 列方程的依据等注意事项 教师点评 总结方法 并强调解题过程的必要文字说明 基本方程 列方程的依据等注意事项 用多媒体展示规范解题过程 使学生养成规范解题的习惯 用多媒体展示规范解题过程 使学生养成规范解题的习惯 解 分析可知 粒子初速度越大 在磁场中圆周运动的半径越大 设速度为 v 时粒子恰不从右 边界射出 轨迹如图 由几何关系 洛伦兹力充当心力 联立得 故欲使粒子不从右边界射出 粒子射入磁 场的速度需满足 m qBd v 324 三 动圆类问题三 动圆类问题 例四 如图所示 在一水平放置的平板MN的上方有匀强磁场 磁感应强度的大小为B 磁场方 向垂直于纸面向里 许多质量为m带电量为 q的粒子 以 相同的速率v沿位于纸面内的各 个方向 由小孔O射入磁场区域 不计重力 不计粒子间的相互影 响 下列图中阴影部分表示带电 粒子可能经过的区域 其中哪个图是正确的 r qvB mv 2 m qBd v 324 3 利用多媒体动画模拟动圆效果 使学生对动圆有直观感受 建立模型 掌握此类问题的解决方利用多媒体动画模拟动圆效果 使学生对动圆有直观感受 建立模型 掌握此类问题的解决方 法 法 变式训练 变式训练 如图所示 边界 OA 与 OC 之间分布有垂直纸面向里的匀强磁场 边界 OA 上有一粒子源 S 某一 时刻 从 S 平行于纸面向各个方向发射大量带正电的同种粒子 重力 不计 所有粒子速率相同 经过一段时间 有大量粒子从边界 OC 射 出 已知从 OC 射出的粒子在磁场中运动的最长时间为 T 2 T 为粒子在 磁场中运动的周期 则从边界 OC 射出的粒子在磁场中运动的时间可 能是 A T 3 B T 4 C T 6 D T 8 课课题小结题小结 带电粒子在有界匀强磁场中做匀速圆周运动 解决问题的关键是确定 圆心 画出轨迹 根据几何关系算半径 或由半径进行其他相关物理量的计算 解题过程中要 灵活运用对称性 课后反思课后反思 带电粒子在有界匀强磁场中的匀速圆周运动是高中物理的一个难点 也是高考的热点 在历 年的高考试题中 多和带电粒子在匀强电场中 重力场中的运动结合设题 综合性较强 所占 分值较重 解决这类问题的前提是要对带电粒子在各个单一场中的运动有正确的分析 所以在 一轮复习中 我安排了这样一节 带电粒子在磁场中的运动 的专题复习课 通过对典型例题 的分析解答 总结此类问题的分析方法和解题技巧 并试图通过多媒体的使用 使学生较难想 象的动圆模型