《带电粒子在匀强磁场中的运动》教学设计

《带电粒子在匀强磁场中的运动》教学设计一、教学设计思路本节内容是磁场中的重点内容。在多媒体课件的演示下，学生很容易理解带电粒子垂直进入磁场做匀速圆周运动，轨道半径和周期也不难明白，但更重要的是让学生注重了解过程，抓住解决这类问题的关键。带电粒子在磁场中运动的综合性题目在高考中常常见到，有时甚至以压轴题出现，要很好地解决它，不是仅仅知道轨道半径公式和周期公式就行的，分析出粒子的运动过程，找出其几何关系，才是解决问题的关键。为了使学生更好的理解带电粒子在匀强磁场中运动的过程，采用课件动画模拟，从而反复观察直到学生清楚为止，也验证着相关的猜想和结果。整节课采用了逐步提问的方式，阶梯式地上升，逼近结果，得出结论。二、教学目标1．知识与技能（1）理解类比法在物理中的应用，通过对比带电粒子在电场中的运动学习带电粒子在磁场中的运动（2）理解带电粒子的速度方向与磁感应强度方向垂直时，做匀速圆周运动（3）会推导带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，并会用它们解决有关问题（4）理解带电粒子垂直射入几种有界匀强磁场时的运动性质及掌握做题的思路2．过程与方法（1）通过观察动画，知道洛伦兹力提供向心力，结合匀速圆周运动的公式，得出轨道半径和周期；（2）通过引导学生作图分析，找出几何关系，让学生体会数学知识在物理中的重要性。3．情感、态度与价值观通过对带电粒子垂直射入匀强磁场做匀速圆周运动的轨道半径和周期公式的推导，通过引导学生正确作图，找几何关系，培养学生严谨的科学态度。三、教学重点、难点重点：理解轨道半径和周期。难点：带电粒子垂直射入匀强磁场做匀速圆周运动的成因；带电粒子在有界磁场中的运动，找出相应的几何关系。四、教学器材洛伦兹力演示仪、多媒体，投影仪。五、教学方法提问、讨论、讲解、练习反馈。六、教学课时：2课时七、教学过程★引入新课复习一：带电粒子在匀强电场的运动（1）平行电场线进入：带电粒子做匀变速运动（2）垂直电场线进入：带电粒子做类平抛运动复习二：带电粒子在匀强磁场中的受力（1）洛伦兹力的方向：左手定则，f与B、q、v之间的方向关系（2）洛伦兹力的大小：f=Bqv★新课进行一、带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹提出问题1：带电粒子在匀强磁场中怎样运动？（不计重力）学生思考：-----提出猜测（1）平行磁感线进入做匀速直线运动（2）垂直磁感线进入做匀速圆周运动利用多媒体演示带电粒子在磁场中的运动轨迹------直线运动或圆（肯定了部分同学的猜想是正确的）提出问题2：轨迹为什么会是直线或圆呢？学生回答：当带电粒子平行磁感线进入时，不受洛伦兹力，所以合外力为零，做匀速直线运动；当带电粒子垂直磁感线进入时，洛伦兹力与速度的方向始终垂直，即洛伦兹力不做功，只改变速度的方向，不改变速度的大小，所以做的是匀速圆周运动。利用洛伦兹力演示仪演示多处f与v的方向的关系二、带电粒子做匀速圆周运动的半径公式和周期公式的推导提出问题3：做圆周运动时要提供向心力，什么力提供向心力？学生回答：洛伦兹力引导学生推导圆周运动的半径公式和周期公式半径公式：周期公式：三、带电粒子在有边界磁场中的运动提出问题4：让同学们根据平时的经验对常见的磁场进行归类（讨论）学生回答：有无边界磁场、单边界磁场、双边界磁场、矩形磁场、圆形磁场等。1.数学几何知识在本节中的应用Φ—偏向角α—圆心角θ—弦切角φ=α=2θ结合练习1讨论做这种类型题的思路：练1.如图所示，一束正电荷（电荷量为q）以速度v垂直射入磁感应强度为B，宽度为d的匀强磁场中，穿过磁场时速度方向与电荷原来入射方向的夹角为30°，则电子的质量是，穿过磁场的时间是？提出问题5：如何着手分析该题？学生回答：先画轨迹，找出几何关系。提出问题6：如何确定圆周运动的圆心？学生回答：画两条速度方向的垂线，交点就是圆心。提出问题7：找出哪些几何关系？学生回答：找半径R与宽度d的关系；找圆心角与θ的关系引导学生总结做题的思路2.做题的思路（1）定圆心：①两条速度方向的垂线的交点②速度方向的垂线和弦的中垂线的交点（2）定半径：①由几何关系得②由规律方程得（3）画轨迹（4）定时间：①α为圆心角，单位是弧度②α为圆心角，单位是度3.带电粒子在常见磁场中的运动（1）无边界磁场：练2.质子和α粒子以相同的速率在同一匀强磁场中做匀速圆周运动，轨道半径之比R1:R2=，周期之比T1:T2=。（1:21:2）（2）单边界磁场让学生画出以下各图的运动轨迹并求出在磁场中的运动时间画完后，用多媒体展示结果提出问题8：这些图形具有什么样的特点？学生回答：具有对称性，提醒学生在做题时注意对称性在题中的应用练3.如图所示，在y0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于xy平面并指向纸面外，磁感强度为B。一带正电的粒子以速度v0从O点射入磁场，入射方向在xy平面内，与x轴正向的夹角为θ。若粒子射出磁场的位置与O点的距离为L，求该粒子的电荷量和质量之比q/m。（不计重力）（3）双边界磁场练4.一磁场宽度为L，磁感应强度为B,如图所示，一电荷质量为m、带电荷量为-q，不计重力，以一速度射入磁场，若不使其从右边界飞出，则电荷的速度应为多大？（4）矩形磁场练5.如图所示，矩形匀强磁场区域的长为L，宽为L/2。磁感应强度为B，质量为m，电荷量为e的电子沿着矩形磁场的上方边界射入磁场，欲使该电子由下方边界穿出磁场，求：电子速率v的取值范围？（5）圆形磁场练6.如图所示，半径为r的圆形空间内，存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子（不计重力），从A点以速度v0垂直磁场方向射入磁场中，并从B点射出，∠AOB=120°，则该带电粒子在磁场中运动的时间为(D)A．2πr/3v0B．2πr/3v0C．πr/3v0D．πr/3v0提出问题9：在做圆形区域的磁场需要注意哪些问题？学生回答：注意两点①圆形区域的半径r与圆周运动的半径R的区别和联系②沿着径向飞入，必沿径向飞出四、小结本节课我们学习了带电粒子垂直于匀强磁场运动的情况，经过实验演示和理论分析得出粒子做匀速圆周运动．并根据牛顿运动定律得出粒子运动的半径公式和周期公式．接着我们分析了带电粒子在有界磁场中的运动，总结出了这种类型题的思路，重点是画图找几何关系。五、作业★板书设计五、带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹1.v∥B进入：匀速直线运动2.v⊥B进入：匀速圆周运动二、带电粒子做匀速圆周运动的半径公式和周期公式的推导1.半径公式：2.周期公式：三、带电粒子在有边界磁场中的运动1.数学几何知识在本节中的应用2.做题的思路（1）定圆心（2）定半径（3）画轨迹（4）定时间3.带电粒子在常见磁场中的运动（1）无边界磁场：（2）单边界磁场（3）双边界磁场（4）矩形磁场（5）圆形磁场★教学反思本节课的优点有①本节课使用了多媒体，使得很难讲的问题变的轻松，使得抽象的东西变得具体。学生比较轻松的理解带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。②本节课加强了另外一个难点的训练，几何知识在物理中的应用，在讲带电粒子在有界磁场中的运动时，每种类型后面都配有相应的练习，都能训练学生作图、找几何关系，加强了本节课的难点教学。教学中存在的问题③课堂中留给学生相互交流的时间太少了，应该加强师生、生生之间的互动。在课堂中应留出一定的时间，引导学生与学生之间的交流，让他们在相互交流中得到启发，调整自己的学习方法。