《带电粒子在匀强磁场中的运动》学习任务单

《带电粒子在匀强磁场中的运动》学习任务单学习任务单课程基本信息学科高中物理年级高二学期下学期课题人教版（2019）选择性必修第二册第一章安培力与洛伦兹力3、带电粒子在匀强磁场中的运动学生信息姓名学校班级学号学习目标目标一：能描述带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹形状，像小磁针在磁场中跳舞的路线一样清晰哦。目标二：会运用相关公式计算带电粒子在匀强磁场中的运动半径和周期，就像会算自己每天零花钱能买多少小零食一样熟练。目标三：了解带电粒子在磁场中做圆周运动的圆心、半径及运动时间的确定方法，就像知道怎么找到迷宫的出口一样准确。课前学习任务1、阅读教材1821页，就像读一本有趣的故事书一样，把里面关于带电粒子在匀强磁场中的运动的部分仔细看看。2、在笔记本上简单写下自己对这部分内容的初步理解，哪怕是一些奇怪的想法也可以写下来，说不定是很独特的见解呢。课上学习任务【学习任务一】带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹活动1：观察演示实验老师会在课堂上给大家做一个小演示哦。想象一下，有一个神秘的小盒子（磁场发生装置），里面有个小小的带电小球（带电粒子的模型），当我们开启这个小盒子，小球就会在里面的特殊“力场”（匀强磁场）里开始它的奇妙旅程。同学们要睁大眼睛仔细看小球的运动轨迹，像看一场精彩的魔法表演一样。思考：问题一：这个小球的运动轨迹看起来像什么形状呢？是像直线一样直直地走，还是像弯弯的彩虹呢？问题二：为什么它会呈现出这样的轨迹呢？是有什么神秘的力量在拉着它吗？活动2：理论推导我们知道磁场对带电粒子有力的作用，这个力叫洛伦兹力。那这个洛伦兹力是怎么让粒子走出那样的轨迹的呢？（1）根据洛伦兹力的公式F＝qvB（这里的q是粒子的电荷量，v是粒子的速度，B是磁场的磁感应强度），还有牛顿第二定律F＝ma，试着推导一下带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹的数学表达式。（2）大家可以小组讨论哦，就像一群小侦探在探讨案件一样。每个小组推选一个代表来分享一下小组的推导思路，说不定会有很奇妙的想法碰撞出来呢。结论：带电粒子在匀强磁场中受到洛伦兹力的作用，由于洛伦兹力总是与粒子的速度方向垂直，所以粒子做匀速圆周运动。【学习任务二】计算带电粒子在匀强磁场中的运动半径和周期活动1：半径的计算（1）根据前面推导出来的结果，结合向心力公式F＝m\frac{v^｛2}｝｛r}（这里的r就是我们要求的运动半径），推导出带电粒子在匀强磁场中的运动半径公式。（2）举个小例子来巩固一下哦。假如有一个带电荷量为q的粒子，它的速度是v，在磁感应强度为B的匀强磁场中运动，这个粒子的质量是m，那它的运动半径是多少呢？同学们自己动手算一算，就像做一道有趣的数学谜题一样。活动2：周期的计算（1）同样根据前面的知识，推导出带电粒子在匀强磁场中的运动周期公式。这个周期就像小粒子在磁场里转一圈需要的时间，就像地球绕太阳转一圈是一年一样。（2）再做个小练习。如果已知粒子的电荷量q、质量m和磁场的磁感应强度B，求这个粒子在磁场中的运动周期。同学们可以互相检查一下答案，看看谁算得又快又准。【学习任务三】确定带电粒子在磁场中做圆周运动的圆心、半径及运动时间活动1：圆心的确定（1）老师会在黑板上画几个带电粒子在磁场中的运动轨迹草图，就像画一些弯弯曲曲的小蛇一样。同学们要根据粒子的初始速度方向和洛伦兹力的方向，找出这些粒子做圆周运动的圆心位置。（2）大家可以用一些简单的方法来确定圆心，比如作速度的垂线啦，根据洛伦兹力的特点来判断啦。就像在一个大迷宫里找宝藏一样，要找到关键的线索。思考：如果粒子的速度方向突然改变了，那圆心的位置会怎么变化呢？是跟着跑，还是原地不动呢？活动2：半径的确定（1）在已经确定圆心的基础上，如何准确地计算出粒子运动的半径呢？我们可以利用前面学到的半径公式，结合题目中给出的条件，像拼图一样把各个数据组合起来求出半径。（2）做个小游戏，老师说一些粒子的条件，比如电荷量、速度、磁场强度和质量等，同学们快速说出半径的大小，看谁反应最快，就像抢答比赛一样有趣。活动3：运动时间的确定（1）要计算粒子在磁场中运动的时间，我们要先知道它运动的角度和周期的关系。想象粒子在磁场里转的圈数就像分针在时钟上转的圈数一样，我们要找到对应的比例关系。（2）做一道实际的题目。有一个带电粒子在匀强磁场中做圆周运动，已知它的运动半径、速度和磁场强度，求它在磁场中运动了四分之一圈所需要的时间。同学们要一步一步地写出计算过程，就像写一篇小作文一样详细。总结提升：今天的课就像一场奇妙的物理之旅，我们跟着带电粒子在匀强磁场里转了一圈又一圈。现在大家来说说，你对带电粒子在匀强磁场中的运动有了哪些新的认识呢？是对运动轨迹的理解更深刻了，还是对计算半径和周期更熟练了呢？课堂习题：练习1：一个带电粒子以一定的速度垂直进入匀强磁场，已知粒子的电荷量为2\times10^｛6}C，速度为3\times10^｛5}m/s，磁场的磁感应强度为0.5T，粒子的质量为4\times10^｛26}kg，求这个粒子在磁场中的运动半径。练习2：某带电粒子在磁感应强度为1T的匀强磁场中做圆周运动，其运动周期为2\pi\times10^｛6}s，求这个粒子的电荷量与质量之比。练习3：一个带电粒子在匀强磁场中做圆周运动，它的初始速度方向水平向右，磁场方向垂直纸面向里。已知粒子的运动轨迹半径为5cm，求粒子运动到轨迹最低点时，它相对于初始位置的位移大小（不考虑粒子的重力）。课后作业：1、完成教材21页的课后练习，就像给今天的学习之旅画上一个完美的句号一样。2、找一道关于带电粒子在匀强磁场中运动的综合性题目，自己做一遍，然后给爸爸妈妈或者同学讲一讲解题思路，就像当一个小老师一样自豪。答案：练习1：根据半径公式r=＼frac{mv}｛qB}，将数值代入可得：r＝＼frac{4\times10^｛26}＼times3\times10^｛5}｝｛2\times10^｛6}＼times0.5}＝1.2\times10^｛14}m。练习2：根据周期公式T=＼frac{2\pim}｛qB}，可得＼frac{q}｛m}＝＼frac{2\pi}｛TB}，将数值代入可得：＼frac{q}｛m}＝＼frac{2\