PAGE1PAGE帶電粒子在勻強磁場中的運動--教學設計【教法學法】以指導學生觀察探究為主，講授法為輔【教學準備】：洛倫茲力演示儀、感應線圈、電源、多媒體等【教學過程】教師活動學生活動設計意圖復習回顧：上節課我們學習了磁場對運動電荷的作用力，那么電荷速度和磁場平行，受力特點？運動特點？電荷速度和磁場垂直，受力大小和方向？運動特點搜索已學知識（洛倫茲力），但并不能很快找出規律，陷入思考中。問題的提出激發學生的好奇心和求知欲，使學生的注意力很快集中到本節課要探究的問題中來。猜想與假設：勻速圓周運動實驗驗證：介紹洛倫茲力演示儀①電子槍：射出電子②加速電場：作用是改變電子束出射的速度③勵磁線圈：作用是能在兩線圈之間產生平行于兩線圈中心的連線的勻強磁場工作原理：由電子槍發出的電子射線可以使管的低壓水銀蒸汽發出輝光，顯示出電子的徑跡a.不加磁場時觀察電子束的徑跡b.給勵磁線圈通電，觀察電子束的徑跡實驗探究定性分析：c.保持出射電子的速度不變，改變磁感應強度，觀察電子束徑跡的變化d.保持磁感應強度不變，改變出射電子的速度，觀察電子束徑跡的變化理論推導定量關系課堂練習受力分析和運動分析觀察實驗實驗現象：1在暗室中可以清楚地看到，在沒有磁場作用時，電子的徑跡是直線；實驗現象2：在管外加上勻強磁場（這個磁場是由兩個平行的通電環形線圈產生的），電子的徑跡變彎曲成圓形.實驗現象3：V不變，B增大，R減小B不變，V增大，R增大洛倫茲力提供電荷做勻速圓周運動所需要的向心力：學生做練習找同學到黑板講解一系列問題的提出由淺入深，學生運用已學的知識對實驗現象作出預測，然后通過觀察實驗驗證自己的預測。在這個過程中，學生可以體會到成功的喜悅，有利于達成課堂教學中的情感目標。同時，還有利于培養學生理論聯系實際的科學思維方法。學生更好地鞏固半徑、周期公式“氣泡室”照片問題1：不同帶電粒子的徑跡半徑為什么不一樣？問題2：同一條徑跡上為什么曲率半徑會越來越小呢？觀察圖片并思考問題分析1：造成徑跡半徑不一樣的原因是粒子的質量、速度、所帶電荷量的多少不一樣；分析2：帶電粒子在運動過程中能量降低，速度減小，所以曲率半徑就減小，徑跡就成螺旋形。運用剛剛從演示實驗中得到的有關知識解決實際問題，培養學生運用所學知識解決實際問題的能力質譜儀能否設計一個儀器，將比荷不同、初速度幾乎為0的帶電粒子分開？一個質量為m、電荷量為q的粒子，從容器下方的小孔S1飄入電勢差為U的加速電場，然后經過S3沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度為B的勻強磁

場中，最后打到照相底片D上. (1)求粒子進入磁場時的速率。

(2)求粒子在磁場中的軌道半徑。質譜儀：利用磁場對帶電粒子的偏轉，由帶電粒子的電荷量，軌道半徑確定其質量的儀器，叫做質譜儀．質譜儀最初由湯姆生的學生阿斯頓設計，他用質譜儀發現了氖20和氖22，證實了同位素的存在。思考與討論：可以將這些帶電粒子經過電場加速后射入磁場，根據帶電粒子在勻強磁場中運動的半徑不一樣，從而可以將帶電粒子分開。分析與論證：粒子在S1區做初速度為零的勻加速直線運動.由動能定理知，粒子在電場中得到的動能等于電場對它所做的功，即由此可得v=.粒子做勻速圓周運動所需的向心力是由粒子所受的洛倫茲力提供，即qvB=m所以粒子的軌道半徑為R=mv/qB=從中可以看出，比荷不同的帶電粒子進入磁場后將沿不同的半徑做圓周運動，因而，打到照相底片不同的地方。這樣帶電粒子就被分開了。對教科書中的例題是這樣處理的：先提出問題，然后由學生進行設計、引出教科書中的例題，有學生自己處理，從而得出質譜儀的工作原理，并論證了實驗的可行性。在這個過程中學生又一次體會到了科學探究的快樂。回旋加速器問題1：要認識原子核的內部情況，必須把核“打開”，進行“觀察”。然而，原子核被強大的核力約束，只有用極高能量的粒子作為“炮彈”去轟擊，才能把它“打開”。那么怎樣才能產生這些高能炮彈呢？1.加速原理：利用加速電場對帶電粒子做正功使帶電粒子的動能增加，qU=Ek．2．直線加速器，多級加速。3．直線加速器占有的空間范圍大，在有限的空間范圍內制造直線加速器受到一定的限制。問題2：有沒有什么辦法可以讓帶電粒子在加速后又轉回來被第二次加速，如此反復“轉圈圈”式地被加速，加速器裝置所占的空間不是會大大縮小嗎？回旋加速器的原理兩D形盒中有勻強磁場無電場，盒間縫隙有交變電場電場使粒子加速，磁場使粒子回旋。粒子回旋的周期不隨半徑改變。讓電場方向變化的周期與粒子回旋的周期一致，從而保證粒子始終被加速。問題3：由于粒子運動得越來越快，如果粒子走過半周的時間越來越短，這樣兩盒間電勢差的正負變換就要越來越快，從而造成技術上的一個難題。實際情況是這樣的嗎？問題4：粒子每經過一次加速，它的軌道半徑就會大一些，為什么？回旋加速器加速帶電粒子，能量達到25~30Mev后，就很難被加速了，原因是，按照狹義相對論，粒子的質量隨著速度的增加而增大，而質量的變化導致其回轉周期的變化，從而破壞了與電場變化周期的同步。.分析1：利用電場對帶電粒子進行加速，加速電壓越高，粒子獲得的能量就越大。分析2：可以讓帶電粒子通過磁場做圓周運動，從而可以被第二次加速。分析3：帶電粒子在磁場中的運動周期與速度無關，由帶電粒子自身性質和磁場的強弱決定，所以，當帶電粒子的速度越來越大時，其走過半圓的時間并不改變，因此，兩盒間電勢差的正負變換的時間間隔不變。速度增大，半徑增大帶電粒子的最終能量當帶電粒子的速度最大時，其運動半徑也最大，由r=mv/qB得v=rqB/m，若D形盒的半徑為R，則帶電粒子的最終動能：所以，要提高加速粒子的最終能量，應盡可能增大磁感應強度B和D形盒的半徑R。依據學生現有的知識和能力一般能聯想到用電場對帶電粒子進行加速，所以該問題有學生自行解決多級加速和回旋加速器來說比較困難。所以，由教師先引導，再讓學生聯想設計。在這里通過對加速器發展過程的了解，使學生認識到科學發現的艱辛與快樂，同時又體會到科學技術就是生產力的道理。課堂小結：帶電粒子在勻強磁場中的運動——學情分析【學生學情分析】前面我們已經學過左手定則及洛倫茲力內容，知道了運動電荷在磁場中受力的方向與物體運動方向垂直及洛倫茲力的公式，為本節課的學習做好了知識準備，但學生的應用能力還有待提高。本節教材的內容屬于洛侖茲力知識的應用，采用先實驗探究，再理論分析與推導的方法。先實驗觀察再理論論證比較符合一般學生的認知過程，也可降低學習的難度帶電粒子在勻強磁場中的運動——課堂效果分析表

學生姓名班級課題課程背景下學生學習方式的轉變——自主學習、探究學習、合作學習.觀察記錄學

生

表

現評分備注1.課前有否準備，準備得怎么樣？

4

學生能在課前認真預習2.學習興趣是否濃厚,情緒是否高昂？

5

3.有否傾聽老師的講課，有輔助行為（記筆記/查閱/回應）嗎？

4

記筆記較多，回應也比較多4.有否傾聽同學的發言，有輔助行為（記筆記/查閱/回應）嗎？

4

傾聽思考比較積極5.參與提問/回答的人數、時間、對象、過程、質量如何？

2

能夠積極回答問題的同學比較少，和本節課的內容特點有關系6.參與小組討論的次數、時間、對象、過程、質量如何？

2

本節課可以安排小組討論的內容不多7.自主學習的質量如何，自主學習形式（探究/記筆記/閱讀/思考）有哪些？

3

教學中預設了比較多的邏輯推理環節，學生思考比較積極8.學習中，能否對師生提出的觀點大膽質疑，提出不同意見.

4

9.學習中，能否應用已經掌握的知識與技能，解決新問題.

4

10.預設的目標達成如何，有什么證據（觀點/作業/表情/板演/演示）？

4

能夠推理出合理的結論評價

整個課堂學生的反應還是不錯的，師生互動，順利完成本課教學

注：評分為5分制：優—5分，良—4分，好—3分，一般—2分，尚可—1分.

帶電粒子在勻強磁場中的運動——教材分析教材分析本節課的內容是高考的熱點之一，不僅要求學生有很強的分析力和運動關系的能力，還要求學生有一定的平面幾何的知識，在教學中要多給學生思考的時間.本節教材的內容屬于洛倫茲力知識的應用，教科書采用了先實驗探究，再理論分析與推導的順序。帶著實驗得到的感性材料，再用學過的知識進行理論分析，從理論的高度推導出實驗現象的必然性，這樣先實驗觀察在理論論證比較符合一般的認知過程，也降低了學習的難度。當然，如果學生的整體水平比較高，學生需要高強度的思維訓練，也可以采用先理論分析，再實驗驗證的順序。不管采用怎樣的順序，都應該使學生既有豐富的感性材料，又有清晰的理論依據，讓學生在這一學習過程中對理論與實踐相結合的研究方法有所體會，并且在學習過程中嘗到成功的喜悅。作為帶電粒子在勻強磁場中的運動的知識在現代科技中廣泛應用的實例，質譜儀和回旋加速器也是本節的重要內容，可以培養學生的綜合運用力學知識和電學知識的能力。帶電粒子在勻強磁場中的運動——評測練習【檢測】1.用回旋加速器分別加速α粒子和質子時，若磁場相同，則加在兩個D形盒間的交變電壓的頻率應不同，其頻率之比為（）A．1：1B.1：2C.2：1D.1：32.一電子在勻強磁場中,以固定的正電荷為圓心,在圓形軌道上運動.磁場方向垂直它的運動平面,電場力恰是磁場力的三倍.設電子電荷量為e,質量為m.磁感應強度為B.那么電子運動的角速度應當是()第3題3.一個帶電粒子,沿垂直于磁場的方向射入一勻強磁場,粒子的一段徑跡如圖所示,徑跡上的每小段都可以近似看成圓弧,由于帶電粒子使沿途空氣電離,粒子的能量逐漸減小(帶電荷量不變),從圖中情況可以確定()第3題A．粒子從a到b,帶正電B．粒子從b到a,帶正電C．粒子從a到b.帶負電D．粒子從b到a,帶負電4.回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電極相連接的兩個D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的電場，使粒子在通過狹縫時都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強磁場中，如圖7所示，要增大帶電粒子射出時的動能，則下列說法中正確的是()A．增大勻強電場的加速電壓B．增大磁場的磁感應強度C．減小狹縫間的距離D．增大D形金屬盒的半徑5、質子（）和粒子（）從靜止開始經相同的電勢差加速后垂直進入同一勻強磁場做圓周運動，則這兩個粒子的動能之比Ek1∶Ek2=______________，軌道半徑之比r1∶r2=_____________，周期之比T1∶T2=______________。

6、如圖所示，一質量為m，電荷量為q的粒子從容器A下方小孔S1飄入電勢差為U的加速電場。然后讓粒子垂直進入磁感應強度為B的磁場中做勻速圓周運動，最后打到照相底片D上，如圖3所示。求①粒子進入磁場時的速率；②粒子在磁場中運動的軌道半徑。帶電粒子在勻強磁場中的運動——課后反思教學反思本節課的重點是在讓學生理解帶電粒子垂直進入勻強磁場后，洛倫茲力總與速度垂直不做功的特點，從受力分析得到運動方程，從而得到半徑和周期公式。讓學生自己分析探究帶電粒子在勻強磁場中的勻速圓周運動，推導粒子運動的軌道半徑和周期公式，與此同時培養學生的類比模型和轉移模型的能力。帶電粒子在勻強磁場中的運動——課標分析教學目標（一）知識與技能1