高中物理 带电粒子在匀强磁场中的运动 教案

课题第3节带电粒子在匀强磁场中的运动

课型新授课

L教学内容分析

本节教材的内容属于洛伦兹力知识的应用，教材采用了实验探究加理论分析与推导的方式.带着实

验得到的感性材料，再用学过的知识进行理论分析，让学生在这一学习过程中对理论与实践相结合的

研究方法有所体会，并且在学习过程中尝到成功的喜悦。

1.学习者分析

在必修二已经学习过了有关于匀速圆周运动的相关知识，物体做匀速圆周运动的条

件，作为重点也应该存在于学生的知识储备中，为本节的学习提供了很好的基础。

2.学习目标确定

物理观念：洛伦兹力的性质

科学思维：通过洛伦兹力性质与平面几何知识的结合，分析带电粒子在磁场中的运动轨迹

科学探究：采用洛伦兹力演示仪，通过控制变量法，研究影响电子束运动轨迹的因素。

科学态度与责任：研究洛伦兹力在质谱仪、回旋加速器中的应用原理。

4.学习重点难点

教学重点：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期公式，并能用来分析有关

问题

教学难点：粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动

5.学习评价设计

渗透物理学研究方法的教育，体验物理方法的魅力.

6.学习活动设计

教师活动|学生活动

地磁场和太阳风

地球周围空间有地磁场，两极强，中间弱

从太阳或其他星体上，时刻都有大量的高能粒子流放出，称为宇宙观看，并且讨论分

射线析

地磁场能改变宇宙射线中带电粒子的运动方向，对宇宙射线起了一

定的阻挡作用

地磁场和极光二

环节一：

教师活动1学生活动1

一、带电粒子在匀强磁场中的运动

讨论：

若带电粒子（不计重力）以沿着与匀强磁场垂直的方向射入磁场，

通过回忆匀速圆

粒子将如何运动？

周运动的条件，

-XX

得出结论

XXXXX

B

XXXXX

XXXXX沿着与磁场垂直

1、由于是匀强磁场，洛伦兹力大小保持不变的方向射入磁场

2、洛伦兹力的方向总是与速度方向垂直,洛伦兹力只会改变粒子速的带电粒子，在

度的方向，不会改变其大小匀强磁场中做匀

XX速圆周运动

X/xXX

x\xxxyx

XX

活动意图说明：

培养学生的学科知识整合能力，由已知知识整理类比得出新知识，从而提升自己解决

实际问题的能力。

环节二：

教师活动2学生活动2

二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期

匀强磁场中带电粒子运动轨迹的半径与哪些因素有关？使用草稿本与教

猜想并进行推导：带电粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。师一起推导

,,2mv

2_r=—

rI〉qB

可见r与速度v、磁感应强度B、粒子的比荷有关

实验演示：洛伦兹力演示仪

认真倾听并仔细

观察仪器结构，

①加速电场:作用是改变电子束出射的速度

②励磁线圈:作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈中心的连线

的匀强磁场

1.不加磁场时观察电子束的径迹。

2.给励磁线圈通电，在玻璃泡中产生沿两线圈中心连线方向，由纸

内指向读者的磁场，观察电子束的径迹。观察实验现象并

给出结论，在匀

强磁场中，垂直

射入的带电粒子

做匀速圆周运

动。

3.保持磁感应强度不变，改变出射电子的速度，观察电子束径迹的

变化。

4.保持出射电子的速度不变，改变磁感应强度，观察电子束径迹的

变化。

带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时周期有何特征？

本艮据T=冬二结合尸二上上

vqB

一r一27rm

旬*矢口Z=---------

qB

可见同一个粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与速度无关

活动意图说明

利用实验仪器，让学生能直观的感受到带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹，并利

用匀速圆周运动的条件与洛伦兹力的方向特点，进一步从理论上得出轨迹为匀速圆周

运动这个结论。让学生能够从理论上得出结论，从实验上进行验证。

环节三：

教的活动3学的活动3

三、带电粒子在磁场中运动情况研究

1、找圆心：2、定半径：3、确定运动时间：

1.圆心的确定

(1)若已知入射方向和出射方向，作入射速度出射速度的垂线，两

垂线交点就是圆弧轨道的圆心。记录笔记

(2)若已知入射方向和出射点的位置，做入射速度垂线及弦的中垂

线，交点就是圆弧轨道的圆心。

1••••11•••*1

0k..vok....：

p@L=^-：P©L^b-：

1•••e1

1111

2.半径的确定

由于已知条件的不同，求半径有两种方法：

一是已知物理量（q、m、B、v）,利用半径公式求半径。

二是已知其他几何量利用数学图形知识求半径，一般利用几何知识，

常用解三角形的方法。

3.运动时间的确定

利用圆心角与弦切角的关系，或者是四边形内角和等计算出圆心角

的大小，由公式可求出运动时间。

（35注，二

i.轨道半径与磁感应强度、运动速度相联系，在磁场中运动的时间

与周期、偏转角相联系。

2.粒子速度的偏向角（6）等于圆心角（a）,并等于AB弦

与切线的夹角（弦切角9）的2倍（如图），即cp=a=20

=3t

叫15（偏向用）

卜.

L）

活动意图说明

从学习知识到解决实际问题。

7.板书设计

3牛顿第二定律

一、带电粒子在匀强磁场中的运动

1、由于是匀强磁场，洛伦兹力大小保持不变

2、洛伦兹力的方向总是与速度方向垂直，洛伦兹力只会改变粒子速度的方向，不会改变

其大小

二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期

带电粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。

V2my

qvB=m--r=——

r।>qB

木艮据T

vqB

百丁矢口Z

qB

三、带电粒子在磁场中运动情况研究

1、找圆心：2、定半径：3、确定运动时间:

8.作业与拓展学习设计

带电粒子在有界磁场中的运动轨迹特点

1.直线边界：进出磁场具有对称性。

3.圆形边界

(1)粒子沿径向对准磁场圆心射入

粒子一定沿径向射出，如图(g)所示。磁场圆半径为R,粒子轨迹圆半径为r,带电粒子从

P点对准磁场圆心0射入，由几何知识容易证明粒子从Q点飞出的速度方向的反向延长

线必过磁场圆心0点。

o'

(2)粒子不沿径向射入

如图(h)所示，处理这类问题时一定要分清磁场圆和轨迹圆，并要注意区分轨迹圆的圆心

和磁场圆的圆心。粒子进出磁场时速度方向与对应点所在的磁场圆的半径的夹角相等。

1(多选)如图所示，等腰直角三角形abc区域内存在方向垂直纸面向外的匀强磁场，磁

感应强度大小为B。三个相同的带电粒子从b点沿be方向分别以不同的速度vl、v2>v3

射入磁场，在磁场中运动的时间分别为tl、t2、t3,且tl：t2：t3=3：3：lo直角边be

的长度为L,不计粒子的重力，下列说法正确的是(BCD)

A.速度的大小关系可能是vl>v2>v3

B.速度的大小关系可能是v2<vl<v3L.B\

C.粒子的比荷马=篇