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带电粒子在匀强磁场中的运动--教学设计【教法学法】以指导学生观察探究为主，讲授法为辅【教学准备】：洛伦兹力演示仪、感应线圈、电源、多媒体等【教学过程】课堂练习学生做练习找同学到黑板讲解学生更好地巩固半径、周期公式“气泡室”照片问题1：不同带电粒子的径迹半径为什么不一样？问题2：同一条径迹上为什么曲率半径会越来越小呢？观察图片并思考问题分析1：造成径迹半径不一样的原因是粒子的质量、速度、所带电荷量的多少不一样；分析2：带电粒子在运动过程中能量降低，速度减小，所以曲率半径就减小，径迹就成螺旋形。
运用刚刚从演示实验中得到的有关知识解决实际问题，培养学生运用所学知识解决实际问题的能力质谱仪能否设计一个仪器，将比荷不同、初速度几乎为0的带电粒子分开？一个质量为m、电荷量为q的粒子，从容器下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上.(1)求粒子进入磁场时的速率。
(2)求粒子在磁场中的轨道半径。
质谱仪：利用磁场对带电粒子的偏转，由带电粒子的电荷量，轨道半径确定其质量的仪器，叫做质谱仪．质谱仪最初由汤姆生的学生阿斯顿设计，他用质谱仪发现了氖20和氖22，思考与讨论：可以将这些带电粒子经过电场加速后射入磁场，根据带电粒子在匀强磁场中运动的半径不一样，从而可以将带电粒子分开。
分析与论证：粒子在S1区做初速度为零的匀加速直线运动.由动能定理知，粒子在电场中得到的动能等于电场对它所做的功，即qumv221由此可得v=mqu/2.粒子做匀速圆周运动所需的向心力是由粒子所受的洛伦兹力提供，即qvB=mrv2所以粒子的轨道半径为R=mv/qB=2/2qBmu从中可以看出，比荷不同的带电粒子进入磁场后将沿不同的半径做圆周运动，因而，打到照相底片不同的地方。
这样带电粒子就被分开了。
对教科书中的例题是这样处理的：先提出问题，然后由学生进行设计、引出教科书中的例题，有学生自己处理，从而得出质谱仪的工作原理，并论证了实验的可行性。
程教学[实验现象]在暗室中可以清楚地看到，在没有磁场作用时，电子的径迹是直线；在管外加上匀强磁场(这个磁场是由两个平行的通电环形线圈产生的)，电子的径迹变弯曲成圆形。
[教师引导学生分析得出结论]当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。
带电粒子垂直进入匀强磁场中的受力及运动情况分析(动态课件)。
一是要明确所研究的物理现象的条件——在匀强磁场中垂直于磁场方向运动的带电粒子；二是分析带电粒子的受力情况，用左手定则明确带电粒子初速度与所受到的洛伦兹力在同一平面内，所以只可能做平面运动；三是洛伦兹力不对运动的带电粒子做功，它的速率不变，同时洛伦兹力的大小也不变；四是根据牛顿第二定律，洛伦兹力使运动的带电粒子产生加速度(向心加速度)。
[出示投影]①电子受到怎样的力的作用？这个力和电子的速度的关系是怎样的？(电子受到垂直于速度方向的洛伦兹力的作用)②洛伦兹力对电子的运动有什么作用？(洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小)③有没有其他力作用使电子离开磁场方向垂直的平面？(没有力作用使电子离开磁场方向垂直的平面)④洛伦兹力做功吗？(洛伦兹力对运动电荷不做功)1．带电粒子在匀强磁场中的运动(1)运动轨迹：沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，粒子在垂直磁场方向的平面内做匀速圆周运动，此洛伦兹力不做功。
【注意】带电粒子做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供。
通过“思考与讨论”，使学生理解带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径r和周期T与粒子所带电荷量、质量、粒子的速度、磁感应强度有什么关系。
[出示投影]一带电量为q，质量为m，速度为v的带电粒子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其过程教学半径r和周期T为多大？[问题1]什么力给带电粒子做圆周运动提供向心力？[洛伦兹力给带电粒子做圆周运动提供向心力][问题2]向心力的计算公式是什么？[F＝mv2/r][教师推导]粒子做匀速圆周运动所需的向心力F＝mv2r是由粒子所受的洛伦兹力提供的，所以qvB＝mv2/r，由此得出r＝mvqB，T＝2πrv＝2πmqB，可得T＝2πmqB。
带电粒子在电场中的运动——教学设计二．【教学目标】知识与能力1、理解带电粒子在匀强电场中的运动规律，并能分析和解决加速和偏转方面的问题。
2、让学生动脑（思考）、动笔（推导）、动手（实验）、动口（讨论）、动眼（观察）、动耳（倾听），培养学生的多元智能。
过程与方法1、通过复习自由落体运动规律，由学生自己推导出带电粒子在匀强电场中的加速规律。
2、通过由浅入深、层层推进的探究活动，带电粒子在电场中直线运动的类型及受力特点，解决思路。
3、使学生进一步发展“猜想－实验－理论”的科学探究方法，让学生主动思维，学会学习。
情感态度与价值观1理解电子在电场中的加速在科技生产中的应用及重要性。
2、通过理论分析与实验验证相结合，让学生形成科学世界观：自然规律是可以理解的，我们要学习科学，利用科学知识为人类服务。
展现科学现象之美，激发学生对自然科学的热爱。
三．重点难点重点让学生清楚带电粒子在电场中直线运动的原理及有关规律，这是本节内容的中心。
理解电子在电场中的加速在科技生产中的应用及重要性。
四、教法学法：1．教学的方法分析讨探究学生分组讨论五、教学方法2.学法指导：实验讨论五、教学过程：为了切实完成所定教学目标，充分发挥学生的主体作用，对一些主要的教学环节采取了如下设想：1导入新课以演示实验设疑，创设学习情景，激发学习兴趣，引介绍电子束演示仪，并说明只有高速带电的粒子（电子）轰击管内惰性气体发光，才能看到电子的径迹。
学生会对电子如何获得速度产生疑问，通过控制电子束的偏转方向，学生又会对这一目的的如何实现产生疑惑，从而强烈地激发了学生的求知欲望，进而提出课题。
约3分钟。
+ ++ ———+q ⑵在新课教学中，以微机模拟与问题探讨想结合进行理论分析，使学生由感性认识上升到理性认识。
①.以微机演示电子在电场中加速运动的全过程，让学生观察分析：电子运动的全过程可以分为那几个阶段？在每一阶段电子各做什么运动?这样可以使学生先在整体上对带电粒子运动的全过程有清晰的脉络，有助于局部过程的分析。
§3.6带电粒子在匀强磁场中的运动编制： 使用时间： 班级： 姓名：【学习目标】1.知道带电粒子在匀强磁场中的运动规律。
（重点）2.掌握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及应用。
（重点、难点）3.了解质谱仪的工作原理。
【课前预习】1.带电粒子在匀强磁场中的运动（1）带电粒子的运动方向与磁场方向平行：做 运动。
（2）带电粒子的运动方向与磁场方向垂直：粒子做 运动，运动的轨道平面与磁场方向 。
轨道半径公式：_______=r ，周期公式：_______=T 。
2.质谱仪是一种十分精密的仪器，是测量带电粒子的 和分析 的重要工具。
【复习导入】1.做匀速圆周运动的物体受力有什么特点？满足什么规律？2.什么是洛伦兹力？大小如何求解？方向如何确定？【问题导学】带电粒子在匀强磁场中的运动规律问题1 带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场，它将做什么运动？为什么？提示：物体的运动由什么决定？问题2 带电粒子平行磁场方向进入匀强磁场，它将做什么运动？【实验验证】洛伦兹力演示仪1.仪器介绍（课本99页）2.演示实验演示1给励磁线圈通电，在玻璃泡中产生匀强磁场，打开电子枪，让电子束平行进入匀强磁场。
现象：结论：演示2转动玻璃泡，让电子束垂直进入匀强磁场。
现象：结论：演示3 电子垂直进入，保持初速度不变，调节励磁线圈中的电流，增强磁场。
现象：演示4电子垂直进入，保持磁场不变，调节电子枪的加速电压，增大速度。
现象：【理论探究】问题3 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[例1]如图，匀强磁场磁感应强度大小为B ，方向垂直于纸面向里，一带电粒子质量为m ，电荷量为)0(- q q ，以速度v 垂直进入磁场。
求：带电粒子做匀速圆周运动的轨道半径r 和周期T 。
规律总结：1.半径公式：2.周期公式：练习1两个粒子带电量相等，在同一匀强磁场中只受磁场力而做匀速圆周运动，则（ ）A. 若速率相等，则半径相等B. 若速率相等，则周期相等C. 若v m 、的乘积相等，则半径相等D. 若动能相等，则周期相等练习2如图，MN 为铝质薄平板，铝板上方和下方分别有垂直于图平面的匀强磁场（未画出）。
一、教学目标1. 让学生了解带电粒子在匀强磁场中的运动规律。
2. 让学生掌握洛伦兹力公式，并能够运用到实际问题中。
3. 培养学生的实验操作能力和观察能力，提高学生的科学思维能力。
二、教学内容1. 带电粒子在匀强磁场中的运动规律。
2. 洛伦兹力公式及其应用。
3. 实验操作步骤及数据分析。
三、教学重点与难点1. 教学重点：带电粒子在匀强磁场中的运动规律，洛伦兹力公式及其应用。
2. 教学难点：洛伦兹力公式的推导，实验数据的处理。
四、教学方法1. 采用实验演示法，让学生直观地观察带电粒子在匀强磁场中的运动。
2. 采用讲授法，讲解洛伦兹力公式及其应用。
3. 采用问题驱动法，引导学生思考和探讨问题。
五、教学过程1. 引入新课：通过回顾电流的磁效应，引导学生了解磁场对带电粒子的影响。
2. 实验演示：进行带电粒子在匀强磁场中的运动实验，让学生观察并记录实验现象。
3. 讲解洛伦兹力公式：结合实验现象，讲解洛伦兹力公式，并解释其物理意义。
4. 应用练习：给出实例，让学生运用洛伦兹力公式解决问题。
5. 实验数据分析：让学生分析实验数据，探讨带电粒子运动规律与磁场强度、粒子电荷量、粒子速度之间的关系。
6. 总结与拓展：总结本节课所学内容，提出拓展问题，引导学生课后思考。
7. 布置作业：布置相关练习题，巩固所学知识。
六、教学评价1. 通过课堂讲解、实验演示和练习题，评价学生对带电粒子在匀强磁场中运动规律的理解程度。
2. 通过学生实验操作和数据分析，评价学生的实验技能和观察能力。
3. 通过课后作业和拓展问题，评价学生对洛伦兹力公式的应用能力和科学思维能力。
七、教学资源1. 实验器材：带电粒子实验装置、电流表、电压表、磁铁、粒子源等。
2. 教学课件：带电粒子在匀强磁场中运动的动画演示、洛伦兹力公式的推导过程等。
3. 参考资料：相关学术论文、教学书籍、网络资源等。
八、教学进度安排1. 第一课时：引入新课，实验演示，讲解洛伦兹力公式。
高二物理带电粒子在匀强磁场中的运动教案知识与能力目标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垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动3． 推导半径，周期公式并解决相关问题道德目标培养学生热爱科学，探究科学的价值观教学重点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，并能用来解决有关问题。
教学难点带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的条件对周期公式和半径公式的定性的理解。
教学方法在教师指导下的启发式教学方法教学用具电子射线管，环行线圈，电源，投影仪，教学过程一 引入新课复习：1 当带电粒子以速度v 平行或垂直射入匀强磁场后，粒子的受力情况；2 回顾带电粒子垂直飞入匀强电场时的运动特点，让学生猜想带电粒子垂直飞入匀强磁场的运动情况。
二．新课1．运动轨迹演示实验 利用洛伦兹力演示仪，演示电子射线管内的电子在匀强磁场中的运动轨迹，让学生观察存在磁场和不存在磁场时电子的径迹。
现象：圆周运动。
提问：是匀速圆周运动还是非匀速圆周运动呢？分析：〔1〕 首先回顾匀速圆周运动的特点：速率不变，向心力和速度垂直且始终在同一平面，向心力大小不变始终指向圆心。
〔2〕带电粒子在匀强磁场中的圆周运动的受力情况是否符合上面3个特点呢？带电粒子的受力为F 洛=qvB ，与速度垂直故洛伦兹力不做功，所以速度v 不变，即可得洛伦兹力不变，且F 洛与v 同在垂直与磁场的平面内，故得到结论：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动结论：1、带电微观粒子的质量很小，在磁场中运动受到洛伦兹力远大于它的重力，因此可以把重力忽略不计，认为只受洛伦兹力作用。
2、沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供做向心力，只改变速度的方向，不改变速度的大小。
2．轨道半径和周期• 例：一带电粒子的质量为m ，电荷量为q ，速率为v ，它在磁感应强度为B 的匀强磁场中做匀速圆周运动，求轨道半径有多大？由 得 可知速度越大，r 越大。
《带电粒子在匀强磁场中的运动》教学反
思
《带电粒子在匀强磁场中的运动》教学反思
带电粒子在磁场中的运动是本章的重点内容，也是
历来高考常考的重要内容！本节内容包括两部分：一、
带电粒子在匀强磁场中的运动。
二、带电粒子在匀强磁
场中的运动的实际应用———质谱仪和回旋加速器。
并
且本节内容和以前的力学知识紧密结合，综合性较强，
构成教学的难点。
在本节课的落实上，我采用了具体如下的实施。
1.
针对学生基础比较薄弱的实际情况，以复习洛伦兹力的
大小和方向判断作为引子，引入新课，提出：“带电粒
子在匀强磁场中将做什么运动？”。
从易到难，为学生
学习本节课打基础、做铺垫。
其中在复习公式上，采用
了学生上黑板板书的措施落实复习回顾。
2.有了必备的
知识和方法作为基础，让学生先从力和运动的分析方法
入手，结合课本与实验视频，让学生知道带电粒子垂直
于磁场方向的运动轨迹是个圆，并且是匀速圆周运动，
然后我指明带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的条件，
进而让学生在教师的指点下能用学过的力学方法逐步的
推导其运动半径和周期。
其中推导做圆周运动的半径和
周期公式时，我让两名推导过程比较规范的学生上黑板
板书与讲解的措施。
这样，既能锻炼讲解的学生的逻辑思维的能力和语言的表达能力，也能把学生之间的思维拉近，便于理解，之后通过相关的达标训练予以练习巩固；达到分解难点、消化重点的目的。
《带电粒子在匀强磁场中的运动》教学设计方案（第一课时）一、教学目标1. 理解带电粒子在磁场中的受力情况和运动规律。
2. 掌握洛伦兹力作用下带电粒子的运动轨迹和运动特点。
3. 能够运用所学知识解决相关问题。
二、教学重难点1. 教学重点：带电粒子在匀强磁场中的受力分析、运动轨迹和运动特点。
2. 教学难点：运用所学知识解决实际问题，以及在实际情况中准确分析带电粒子的运动轨迹。
三、教学准备1. 准备教学用具：黑板、白板、投影仪、示波器等。
2. 准备教学材料：精选例题和练习题。
3. 设计教室互动环节，引导学生积极参与讨论和思考。
4. 预设相关问题，引导学生深入探究带电粒子在磁场中的运动规律。
四、教学过程：本节课程主要分为以下几个部分：1. 引入课题：起首，我们将通过一些基础实验展示带电粒子在磁场中的运动状态，帮助学生直观理解课题内容。
2. 讲授新课：我们将详细诠释带电粒子在磁场中的受力、运动轨迹、以及如何通过洛伦兹力进行运动分析。
同时，我们将引入匀强磁场的观点，让学生理解其在解决实际问题中的重要性。
3. 实例分析：我们将通过具体的例题和习题，帮助学生应用所学知识解决实际问题，深化理解。
4. 小组讨论：学生将以小组形式，讨论带电粒子在磁场中的复杂运动问题，培养其团队协作和问题解决能力。
5. 反馈与答疑：学生将有机缘提问，教师将针对问题进行解答，确保学生充分理解课程内容。
6. 课后作业：安置与教室内容相关的作业，以帮助学生复习和稳固所学知识。
7. 预习提示：在课程结束时，我们将提示下一节课将要学习的内容，以便学生提前预习。
在教学过程中，我们将注重以下几点，以提高教学效果：* 引导学生主动思考：通过设置问题，引导学生主动思考，培养其独立思考和解决问题的能力。
* 注重实例教学：通过实际例题的解析，帮助学生理解理论知识在实际问题中的应用，提高其解决问题的能力。
* 反馈与调整：我们将关注学生的反馈，适时调整教学方式和内容，以确保学生能够充分理解并掌握课程内容。
第六节带电粒子在匀强磁场中的运动【复习引入】我们前面学习了带电粒子垂直匀强磁场进入磁场，要受到洛伦兹力：大小？方向？【教学目标】1、让学生掌握带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动中解决确定圆心、半径、运动轨迹、周期、运动时间等相关问题．2、让学生知道学会处理带电粒子在有界磁场中运动的临界问题.【课堂探究】探究一：带电粒子在磁场中的运动--圆心和轨迹的确定方法例1、试大致画出以下几种情况下带电粒子的运动轨迹．(1)直线边界(2)平行边界(3)圆形边界研究轨迹，总结规律：1、圆心的确定方法：。
2、直线边界磁场中粒子的运动轨迹有什么规律：。
3、圆形磁场中粒子的运动轨迹有什么规律：。
探究二:带电粒子在匀强磁场中的运动--半径和运动时间的确定方法例2、如图所示，在x轴上方有匀强磁场B，一个质量为m，带电量为-q的的粒子，以速度v从O点射入磁场，角θ已知，粒子重力不计，则：(1)画出粒子在磁场中大致运动轨迹？（2）求出粒子运动的半径？（3）粒子离开磁场的位置距入射点的距离？（4）粒子在磁场中的运动周期？（5）粒子在磁场中的运动时间？针对训练1、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垂直于磁场方向射入磁场中，并从B点射出，若∠AOB ＝120°，求：(1)画出粒子在磁场中运动轨迹的圆心？（2）求出粒子运动的半径？（3）粒子在磁场中的运动周期？（4）粒子在磁场中的运动时间？总结：1．半径的确定方法：。
2．运动时间的确定方法：。
探究三:带电粒子在有界磁场中运动--临界或极值问题例3、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，以某一速度(方向如图)射入磁场．若不使其从右边界飞出，则电荷的速度应为多大？【合作探究问题】：①以不同速度大小入射的粒子的运动轨迹有何不同？试着画出来。
②你能找到粒子从右边界射出的临界条件？画出临界轨迹？③根据临界轨迹，如何求出圆周运动的半径？④如何根据半径求出速度？针对训练2：如图所示，比荷为e/m的电子从左侧垂直于界面、垂直于磁场射入宽度为d、磁感受应强度为B的匀强磁场区域，要从右侧面穿出这个磁场区域，电子的速度至少应为（）A、2Bed/mB、Bed/mC、Bed/(2m)D、3Bed/m总结：有界磁场区域，一般存在临界问题，处理的方法是;射出或不射出磁场的临界状态一般是。
《带电粒子在匀强磁场中的运动》教案一、教学目标1. 让学生了解带电粒子在匀强磁场中的运动规律。
2. 使学生掌握洛伦兹力的大小和方向计算方法。
3. 培养学生运用物理学知识解决实际问题的能力。
二、教学内容1. 带电粒子在匀强磁场中的运动方程。
2. 洛伦兹力的大小和方向计算。
3. 带电粒子轨迹的判断。
三、教学重点与难点1. 教学重点：带电粒子在匀强磁场中的运动规律，洛伦兹力的大小和方向计算。
2. 教学难点：带电粒子轨迹的判断，洛伦兹力方向公式的应用。
四、教学方法1. 采用问题驱动法，引导学生探究带电粒子在匀强磁场中的运动规律。
2. 利用多媒体动画演示，帮助学生直观理解带电粒子在磁场中的运动。
3. 运用案例分析法，让学生通过解决实际问题，掌握洛伦兹力的大小和方向计算方法。
五、教学过程1. 导入：通过回顾电荷和磁场的基础知识，引导学生思考带电粒子在匀强磁场中如何运动。
2. 新课：讲解带电粒子在匀强磁场中的运动方程，引导学生掌握洛伦兹力的大小和方向计算方法。
3. 案例分析：分析实际例子，让学生运用所学知识解决带电粒子在匀强磁场中的运动问题。
4. 课堂讨论：让学生分组讨论带电粒子轨迹的判断方法，分享各自的观点。
5. 总结：对本节课的主要内容进行总结，强调洛伦兹力方向公式的应用。
6. 作业布置：布置一些有关带电粒子在匀强磁场中运动的练习题，巩固所学知识。
六、教学评价1. 评价目标：检查学生对带电粒子在匀强磁场中运动规律的理解程度。
2. 评价方法：通过课堂提问、作业批改和小组讨论，了解学生对洛伦兹力大小和方向计算的掌握情况。
3. 评价内容：带电粒子运动方程的应用，洛伦兹力方向判断，实际问题解决。
七、教学拓展1. 带电粒子在非匀强磁场中的运动。
2. 洛伦兹力在现代科技领域的应用，如粒子加速器、磁悬浮列车等。
3. 探讨带电粒子在磁场中运动的圆形轨迹与螺旋轨迹的区别。
八、教学资源1. 多媒体教学课件。
2. 动画演示带电粒子在匀强磁场中的运动。
程教学[实验现象]在暗室中可以清楚地看到，在没有磁场作用时，电子的径迹是直线；在管外加上匀强磁场(这个磁场是由两个平行的通电环形线圈产生的)，电子的径迹变弯曲成圆形。
[教师引导学生分析得出结论]
当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。
带电粒子垂直进入匀强磁场中的受力及运动情况分析(动态课件)。
一是要明确所研究的物理现象的条件——在匀强磁场中垂直于磁场方向运动的带电粒子；二是分析带电粒子的受力情况，用左手定则明确带电粒子初速度与所受到的洛伦兹力在同一平面内，所以只可能做平面运动；三是洛伦兹力不对运动的带电粒子做功，它的速率不变，同时洛伦兹力的大小也不变；四是根据牛顿第二定律，洛伦兹力使运动的带电粒子产生加速度(向心加速度)。
[出示投影]
①电子受到怎样的力的作用？这个力和电子的速度的关系是怎样的？(电子受到垂直于速度方向的洛伦兹力的作用)
②洛伦兹力对电子的运动有什么作用？(洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小)
③有没有其他力作用使电子离开磁场方向垂直的平面？(没有力作用使电子离开磁场方向垂直的平面)
④洛伦兹力做功吗？(洛伦兹力对运动电荷不做功)
1．带电粒子在匀强磁场中的运动
(1)运动轨迹：沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，粒子在垂直磁场方向的平面内做匀速圆周运动，此洛伦兹力不做功。
【注意】带电粒子做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供。
通过“思考与讨论”，使学生理解带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径r和周期T与粒子所带电荷量、质量、粒子的速度、磁感应强度有什么关系。
[出示投影]
一带电量为q，质量为m，速度为v的带电粒子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其
过程教学半径r和周期T为多大？
[问题1]什么力给带电粒子做圆周运动提供向心力？[洛伦兹力给带电粒子做圆周运动提供向心力]
[问题2]向心力的计算公式是什么？[F＝mv2/r]
[教师推导]粒子做匀速圆周运动所需的向心力F＝m
v2
r是由粒子所受的洛伦兹力提供的，所以qvB＝mv2/r，由此得出r＝
mv
qB，T＝
2πr
v＝
2πm
qB，可得T＝
2πm
qB。
(2)轨道半径和周期
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径及周期公式。
①轨道半径r＝
mv
qB
②周期T＝2πm/qB
【说明】
(1)轨道半径和粒子的运动速率成正比。
(2)带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期跟轨道半径和运动速率无关。
【讨论】在匀强磁场中如果带电粒子的运动方向不与磁感应强度方向垂直，它的运动轨迹是什么样的曲线？
分析：当带电粒子的速度分别为垂直于B的分量v1和平行于B的分量v2，因为v1和B垂直，受到洛伦兹力qv1B，此力使粒子q在垂直于B的平面内做匀速圆周运动，v2和B平行，不受洛伦兹力，故粒子在沿B方向上做匀速直线运动，可见粒子的合运动是一等距螺旋运动。
再用洛伦兹力演示仪演示
[出示投影课本例题]
如图所示，一质量为m，电荷量为q的粒子从容器A下方小孔S1飘入电势差为U的加速电场，然后让粒子垂直进入磁感应强度为B的磁场中，最后打到底片D上。
(1)粒子进入磁场时的速率。
(2)求粒子在磁场中运动的轨道半径。
过程解：(1)粒子在S1区做初速度为零的匀加速直线运动．由动能定理知，粒子在电场中得到的动能等于电场对它所做的功，即
1
2mv2＝qU
由此可得v＝2qU/m。
(2)粒子做匀速圆周运动所需的向心力是由粒子所受的洛伦兹力提供，即qvB＝m
v2
r
所以粒子的轨道半径为r＝mv/qB＝2mU/qB2
[教师讲解]r和进入磁场的速度无关，进入同一磁场时，r∝
m
q，而且这些量中，U、B、r 可以直接测量，那么，我们可以用装置来测量比荷或算出质量。
例题在处理上，可以让学生自己处理，教师引导总结。
为了加深对带电粒子在磁场中的运动规律的理解，可以补充例题和适量的练习。
注意：在解决这类问题时，如何确定圆心、画出粒子的运动轨迹、半径及圆心角，找出几何关系是解题的关键。
例题给我们展示的是一种十分精密的仪器——质谱仪
(3)质谱仪
阅读课文及例题，回答以下问题：
①试述质谱仪的结构。
②试述质谱仪的工作原理。
③什么是同位素？
④质谱仪最初是由谁设计的？
⑤试述质谱仪的主要用途。
阅读后学生回答：
①质谱仪由静电加速器、速度选择器、偏转磁场、显示屏等组成。
②电荷量相同而质量有微小差别的粒子，它们进入磁场后将沿着不同的半径做圆周运动，打到照相底片不同的地方，在底片上形成若干谱线状的细条，叫质谱线，每一条对应于一定的质量，从谱线的位置可以知道圆周的半径r，如果再已知带电粒子的电荷量q，就可算出它的质量。
③质子数相同而质量数不同的原子互称为同位素。
④质谱仪最初是由汤姆生的学生阿斯顿设计。
⑤质谱仪是一种十分精密的仪器，是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。
【过渡语】先从研究物质微观结构的需要出发提出怎样大量产生高能带电粒子的问题，从
而引出早期使用的加速器——静电加速器。
2．回旋加速器
(1)直线加速器
①加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电的粒子动能增加，即qU ＝ΔEk
②直线加速器的多级加速：教材图3.65所示的是多级加速装置的原理图，由动能定理可知，带电粒子经N 级的电场加速后增加的动能，ΔEk ＝q(U 1＋U 2＋U 3＋U 4＋…U n )
③直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间内制造直线加速器受到一定的限制。
(2)回旋加速器
①由美国物理学家劳伦斯于1932年发明。
②其结构教材图3.66所示。
核心部件为两个D 形盒(加匀强磁场)和其间的夹缝(加交变电场)。
③加速原理：通过“思考与讨论”让学生自己分析出带电粒子做匀速圆周运动的周期公式T ＝2πm/qB ，明确带电粒子的周期在q 、m 、B 不变的情况下与速度和轨道半径无关，从而理解回旋加速器的原理。
在学生思考之后，可作如下的解释：如果其他因素(q 、m 、B)不变，则当速率v 加大时，由
r ＝mv/qB 得知圆运动半径将与v 成正比例地增大，因而圆运动周长2πr ＝2πmv qB
也将与v 成正比例地增大，因此运动一周的时间(周期)仍将保持原值。
最后提到了回旋加速器的效能(可将带电粒子加速，使其动能达到25 MeV ～30 MeV)，为狭义相对论埋下了伏笔。
老师再进一步归纳各部件的作用：(如图)
磁场的作用：带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场后，在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，其周期在q 、m 、B 不变的情况下与速度和轨道半径无关，带电粒子每次进入D 形盒都运动相等的时间(半个周期)后平行电场方向进入电场加速。
电场的作用：回旋加速器的两个D 形盒之间的夹缝区域存在周期性变化并垂直于两个D 形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速。
交变电压的作用：为保证交变电场每次经过夹缝时都被加速，使之能量不断提高，须在夹缝两侧加上跟带电粒子在D 形盒中运动周期相同的交变电压。
带电粒子经加速后的最终能量：(运动半径最大为D 形盒的半径R)
由R＝mv/qB得v＝qBR/m，所以最终能量为E m＝mv2/2＝q2B2R2/2m
讨论：要提高带电粒子的最终能量，应采取什么措施？(可由上式分析)
3．对本节要点作简要小结：学生先自我小结分组展示，教师点评归纳整合。
【当堂检测】
1.两个带电粒子沿垂直磁场方向射入同一匀强磁场，它们在磁场中作匀速圆周运动的半径相同，且转动方向也相同，那么这两粒子的情况是（）
A．两粒子的速度大小一定相同B．两粒子的质量一定相同
C．两粒子的运动周期一定相同D．两粒子所带电荷种类一定相同
2. 在匀强磁场中，一个带电粒子作匀速圆周运动，如果又顺利垂直进入另一磁感应强度是原来磁感应强度2倍的匀强磁场，则（）
A．粒子的速率加倍，周期减半
B．粒子的速率加倍，轨道半径减半
C．粒子的速率减半，轨道半径变为原来的1/4
D．粒子的速率不变，周期减半
3．在回旋加速器中,下列说法不正确的是( ）
A．电场用来加速带电粒子,磁场则使带电粒子回旋
B．电场和磁场同时用来加速带电粒子
C．在交流电压一定的条件下,回旋加速器的半径越大,同一带电粒子获得的动能越大
D．同一带电粒子获得的最大动能只与交流电压的大小有关,而与交流电压的频率无关
四、作业
1.复习本节内容
2.完成课本“问题与练习”2、4题。
板
书
设
计
教
学
心
得
3.6带电粒子在匀强磁场中的运动学情分析
学生已经学习了匀速圆周运动内容，能够计算关于圆周运动向心力、半径、周期等问题，在第5节，业已学习过运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力的大小计算、方向判定。
