带电粒子在匀强磁场中的运动教案
教案：带电粒子在匀强磁场中的运动
教学目标：
1.理解带电粒子在匀强磁场中的受力情况；
2.掌握带电粒子在匀强磁场中的运动规律；
3.通过实验观察和计算验证带电粒子在匀强磁场中运动规律。
教学内容：
1.匀强磁场对带电粒子的受力情况；
2.带电粒子在匀强磁场中的运动规律；
3.实验观察和计算验证带电粒子在匀强磁场中运动规律。
教学步骤：
步骤一：导入新知识
1.引导学生回顾带电粒子在电场中的受力情况和运动规律。
2.提问：带电粒子在磁场中会受到什么力的作用？
步骤二：讲解磁场对带电粒子的受力情况
1.讲解磁场对带电粒子的受力情况，包括洛伦兹力的概念和公式。
2.引导学生思考：磁场对带电粒子的受力方向有什么规律？
步骤三：讲解带电粒子在匀强磁场中的运动规律 1.介绍带电粒子在匀强磁场中的运动规律，包括圆周运动和螺旋线运动。
2.解释圆周运动的原因和条件，引导学生推导出圆周运动的半径和周期与粒子的质量和电量以及磁场的强度有关的公式。
3.解释螺旋线运动的原因和条件，引导学生推导出螺旋线运动的公式。
步骤四：进行实验观察和计算验证
1.准备实验装置：匀强磁场发生器、带电粒子源、探测仪器等。
2.让学生通过实验观察和记录带电粒子在匀强磁场中的运动情况。
3.引导学生利用实验数据计算带电粒子的电量和质量。
步骤五：总结归纳
1.让学生总结匀强磁场中带电粒子的受力情况和运动规律。
2.提问：匀强磁场中的带电粒子运动方向与磁场方向有什么关系？
教学重点：
1.听懂和理解磁场对带电粒子的受力情况；
2.掌握带电粒子在匀强磁场中的运动规律；
3.进行实验观察和计算验证带电粒子在匀强磁场中运动规律。
教学拓展：
1.通过实验让学生观察带电粒子在匀强磁场中的运动情况，并计算出带电粒子的电量和质量；
2.引导学生讨论带电粒子在其他磁场中的受力情况和运动规律； 3.提供额外的实验题目，让学生练习带电粒子在匀强磁场中的运动相关问题。
1
普通高中课程标准实验教科书—物理选修3－1[人教版]
第三章 磁 场
3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动
★新课标要求
（一）知识与技能
1、理解洛伦兹力对粒子不做功。
2、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。
3、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。
4、了解回旋加速器的工作原理。
（二）过程与方法
通过带电粒子在匀强磁场中的受力分析，灵活解决有关磁场的问题。
（三）情感、态度与价值观
通过本节知识的学习，充分了解科技的巨大威力，体会科技的创新与应用历程。
★教学重点
带电粒子在匀强磁场中的受力分析及运动径迹
★教学难点
带电粒子在匀强磁场中的受力分析及运动径迹
★教学方法 第 2 页 共 8 页
第2页 - 实验观察法、讲述法、分析推理法
★教学用具：
洛伦兹力演示仪、电源、投影仪、投影片、多媒体辅助教学设备
★教学过程
（一）引入新课
教师：（复习提问）什么是洛伦兹力？
学生答：磁场对运动电荷的作用力
教师：带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？
学生答：不一定，洛伦兹力的计算公式为f=qvBsinθ，θ为电荷运动方向与磁场方向的夹角，当θ=90°时，f=qvB；当θ=0°时，f=0。
教师：带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时会做什么运动呢？今天我们来学习——带电粒子在匀强磁场中的运动。
（二）进行新课
1、带电粒子在匀强磁场中的运动
教师：介绍洛伦兹力演示仪。如图所示。
教师：引导学生预测电子束的运动情况。
（1）不加磁场时，电子束的径迹；
（2）加垂直纸面向外的磁场时，电子束的径迹；
第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动
1．洛伦兹力方向总是垂直于速度方向，所以洛伦兹力不对带电粒子做功，它只改变带电粒子速度的方向，不改变带电粒子速度的大小．
2．垂直射入匀强磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动．洛伦兹力充当向心力．即Bqv＝mv2r，所以r＝mvBq，由v＝2πrT，得知T＝2πmBq
3．质谱仪的原理和应用
(1)原理图：如图1所示．
图1
(2)加速：带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理得：qU＝12mv2①
(3)偏转：带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力：qvB＝mv2r②
(4)由①②两式可以求出粒子的质量、比荷、半径等，其中由r＝1B2mUq可知电荷量相同时，半径将随质量变化．
(5)质谱仪的应用：可以测定带电粒子的质量和分析同位素
4．回旋加速器的原理及应用
(1)构造图：如图2所示．
回旋加速器的核心部件是两个D形盒．
图2
(2)原理
回旋加速器有两个铜质的D形盒D1、D2，其间留有一空隙，加以加速电压，离子源处在中心O附近，匀强磁场垂直于D形盒表面．
粒子在两盒空间的匀强磁场中，做匀速圆周运动，在两盒间的空隙中，被电场加速．如果交变电场的周期与粒子在磁场中的运动周期相同，粒子在空隙中总被加速，半径r逐渐增大，达到预定速率后，用静电偏转极将高能粒子引出D形盒用于科学研究．
(3)用途
加速器是使带电粒子获得高能量的装置，是科学家探究原子核的有力工具，而且在工、农、医药等行业得到广泛应用．
5．一个质量为m、电荷量为q的粒子，在磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，则下列说法中正确的是( )
A．它所受的洛伦兹力是恒定不变的 B．它的速度是恒定不变的
C．它的速度与磁感应强度B成正比
D．它的运动周期与速度的大小无关
答案 D
解析 粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时洛伦兹力提供向心力，沦伦兹力的大小不变，方向始终指向圆心，不断改变，所以A错．速度的大小不变，方向不断改变，所以B错．由于粒子进入磁场后洛伦兹力不做功，因此粒子的速度大小不改变，粒子速度大小始终等于其进入磁场时的值，与磁感应强度B无关，所以C错．由运动周期公式T＝2πmBq，可知T与速度v的大小无关．即D正确．
第3节 带电粒子在匀强磁场中的运动
核心素养导学
物理观念 (1)知道带电粒子沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场会在磁场中做匀速圆周运动。
(2)了解带电粒子在匀强磁场中的偏转及其应用。
科学思维 (1)能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。
(2)能用洛伦兹力分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动。
科学探究
经历实验验证带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径与磁感应强度大小和入射速度大小的关系。
科学态度与责任 体会教材采用了先理论分析与推导，再实验验证的顺序，体会物理理论必须经过实验检验。
一、带电粒子在匀强磁场中的运动
1．带电粒子沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场，由于带电粒子初速度的方向和洛伦兹力的方向都在与磁场方向 的平面内。所以，粒子只能在该平面内运动。
2．洛伦兹力总是与粒子运动方向垂直，只改变粒子速度的方向，不改变粒子速度的大小。
3．粒子速度大小不变，粒子在匀强磁场中所受洛伦兹力大小也不改变，洛伦兹力提供粒子做圆周运动的向心力，粒子做 运动。
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，带电粒子的重力忽略不计，洛伦兹力提供向心力。
二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期
1．半径公式
由洛伦兹力提供向心力qvB＝mv2r，可得圆周运动的半径r＝ 。
2．周期公式
匀速圆周运动的周期T＝2πrv，将r＝mvqB代入，
可得T＝ 。
1.电子以某一速度进入洛伦兹力演示仪中。
(1)励磁线圈通电前后电子的运动情况相同吗？
提示：①通电前，电子做匀速直线运动。②通电后，电子做匀速圆周运动。
(2)电子在洛伦兹力演示仪中做匀速圆周运动时，什么力提供向心力？
提示：洛伦兹力提供向心力。
2.如图，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。判断下列说法的正误。
(1)运动电荷在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与速度有关。( )
