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教案章节：第一章至第五章第一章：带电粒子与电磁场简介1.1 带电粒子的概念与性质介绍带电粒子的定义和分类（如正电荷粒子、负电荷粒子）讨论带电粒子的基本性质（如电荷量、电荷守恒定律）1.2 电磁场的概念与分类解释电磁场的定义和特性区分不同类型的电磁场（如静电场、磁场、电磁波）1.3 带电粒子在电磁场中的受力分析描述带电粒子在电磁场中的受力情况（如电场力、磁场力）引入洛伦兹力的概念及其计算公式第二章：带电粒子在静电场中的运动2.1 静电场的基本性质讨论静电场的定义和特点介绍静电场强度和电势的概念及其计算方法2.2 带电粒子在静电场中的受力与运动分析带电粒子在静电场中的受力情况探讨带电粒子在静电场中的运动规律（如直线运动、曲线运动）2.3 静电场中的平衡与势能解释带电粒子在静电场中的平衡条件讨论带电粒子在静电场中的势能变化3.1 磁场的基本性质介绍磁场的定义和特性解释磁场强度和磁势的概念及其计算方法3.2 带电粒子在磁场中的受力与运动描述带电粒子在磁场中的受力情况（如洛伦兹力）探讨带电粒子在磁场中的运动规律（如圆周运动、螺旋运动）3.3 磁场中的周期运动与磁通量分析带电粒子在磁场中的周期性运动讨论磁场中的磁通量概念及其应用第四章：带电粒子在电磁波场中的传播4.1 电磁波的基本性质介绍电磁波的定义和特性解释电磁波的传播速度和波长、频率的关系4.2 带电粒子在电磁波场中的受力与运动描述带电粒子在电磁波场中的受力情况探讨带电粒子在电磁波场中的运动规律（如振荡运动）4.3 电磁波的应用与辐射分析电磁波在实际应用中的重要性讨论电磁波的辐射过程和辐射特性第五章：带电粒子在复合电磁场中的运动5.1 复合电磁场的概念与分析方法介绍复合电磁场的定义和特点探讨复合电磁场中带电粒子的受力分析方法5.2 带电粒子在复合电磁场中的运动规律分析带电粒子在复合电磁场中的运动情况介绍带电粒子在复合电磁场中的运动方程5.3 复合电磁场中的特殊现象讨论带电粒子在复合电磁场中可能出现的特殊现象（如电磁波与带电粒子的相互作用）分析这些特殊现象的物理意义和应用价值第六章：带电粒子在电磁场中的动力学分析6.1 动力学基本原理回顾牛顿运动定律在电磁场中的应用引入拉格朗日量和哈密顿量来描述带电粒子的动力学行为6.2 带电粒子的能量与动量讨论带电粒子的总能量（动能、势能）分析带电粒子的动量守恒定律6.3 电磁场中的动力学方程推导带电粒子在电磁场中的运动方程（洛伦兹力方程）解释带电粒子在电磁场中的加速度和速度随时间的变化第七章：带电粒子在电磁场中的辐射7.1 辐射的的基本概念介绍电磁辐射的概念和特性讨论带电粒子在电磁场中辐射的类型（如同步辐射、切线辐射）7.2 辐射功率和辐射强度分析带电粒子辐射功率的计算方法探讨辐射强度与距离和角度的关系7.3 辐射的屏蔽与吸收讨论电磁辐射在物质中的传播和屏蔽效应解释电磁辐射被物质吸收的机制第八章：带电粒子在电磁场中的碰撞8.1 碰撞的基本概念介绍带电粒子在电磁场中碰撞的基本概念和特性讨论弹性碰撞和非弹性碰撞的区别8.2 碰撞过程中的能量和动量守恒分析碰撞过程中能量和动量的守恒定律探讨碰撞后带电粒子的能谱变化8.3 碰撞引起的粒子散射解释带电粒子在电磁场中碰撞后散射的现象讨论散射角度与入射角度的关系第九章：带电粒子在电磁场中的加速与束流9.1 加速器的基本原理介绍带电粒子加速器的基本原理和结构讨论常见加速器类型（如直线加速器、环形加速器）9.2 束流特性与束流控制分析束流中带电粒子的空间分布和能量分布探讨束流控制技术和方法9.3 带电粒子束在应用中的实例介绍带电粒子束在科学研究和工业应用中的典型实例讨论带电粒子束技术的优势和挑战第十章：带电粒子在电磁场中的探测与测量10.1 探测器的原理与分类介绍带电粒子探测器的原理和分类（如闪烁探测器、半导体探测器）讨论探测器的性能指标（如灵敏度、分辨率）10.2 带电粒子径迹的探测与分析解释径迹探测器的工作原理和径迹分析方法探讨带电粒子径迹在粒子identification 和momentum measurement 中的应用10.3 带电粒子测量中的统计与数据处理分析带电粒子测量中的统计方法（如误差分析、最小二乘法）讨论数据处理和分析在带电粒子探测中的重要性第十一章：带电粒子在电磁场中的相互作用11.1 带电粒子与物质的相互作用讨论带电粒子与物质相互作用的基本过程（如电子弹性散射、光电效应）解释带电粒子在物质中的能量损失和stopping power 的概念11.2 带电粒子与光子的相互作用介绍带电粒子与光子相互作用的基本过程（如康普顿散射、光电子效应）讨论带电粒子与光子相互作用的应用（如X射线成像）11.3 带电粒子与磁场的相互作用解释带电粒子在磁场中的受力情况（如洛伦兹力）探讨带电粒子在磁场中的运动规律（如圆周运动、螺旋运动）第十二章：带电粒子在电磁场中的辐射和衰变12.1 带电粒子的辐射过程讨论带电粒子在电磁场中的辐射过程（如自发辐射、受激辐射）解释带电粒子辐射的性质和规律（如辐射强度、辐射频率）12.2 带电粒子的衰变过程介绍带电粒子衰变的基本概念和特性讨论带电粒子衰变过程中的守恒定律（如能量守恒、动量守恒）12.3 带电粒子的衰变模式和半衰期分析带电粒子衰变的不同模式（如α衰变、β衰变）解释半衰期的概念和其对带电粒子衰变速率的影响第十三章：带电粒子在电磁场中的探测和应用13.1 带电粒子探测技术的发展回顾带电粒子探测技术的历史和发展趋势讨论现代探测技术（如Positron Emission T omography, PET）的应用和前景13.2 带电粒子在医疗应用中的作用介绍带电粒子在医疗领域中的应用（如放射治疗、放射性同位素诊断）分析带电粒子在医疗应用中的优势和挑战13.3 带电粒子在其他领域的应用探讨带电粒子在其他领域（如工业检测、物质分析）中的应用讨论带电粒子技术对社会发展的影响和贡献第十四章：带电粒子在电磁场中的实验研究14.1 实验研究方法和设备介绍带电粒子实验研究的基本方法和设备（如粒子加速器、探测器）讨论实验设计的考虑因素（如粒子束流质量、实验数据的统计分析）14.2 带电粒子的相互作用实验研究分析带电粒子与物质相互作用实验的研究方法和成果讨论带电粒子与光子相互作用实验的研究进展和发现14.3 带电粒子实验研究的挑战和未来方向探讨带电粒子实验研究面临的挑战和问题（如粒子加速器的安全性、实验数据的准确性）展望带电粒子实验研究的未来发展方向和机遇第十五章：带电粒子在电磁场中的综合应用15.1 带电粒子在科学研究中的应用介绍带电粒子在物理学、化学、生物学等科学研究中的应用分析带电粒子技术对科学发展的推动作用15.2 带电粒子在工业和生产中的应用探讨带电粒子在工业生产中的应用（如材料检测、无损检测）讨论带电粒子技术对工业发展的影响和贡献15.3 带电粒子在技术发展和人类生活中的作用分析带电粒子技术对社会发展的推动作用展望带电粒子技术在未来人类生活中的潜在应用和前景重点和难点解析重点：1. 带电粒子的基本性质和分类，以及电磁场的基本性质和分类。
带电粒子在电磁场中的运动一、教学目标：1. 让学生了解带电粒子在电磁场中的运动规律。
2. 让学生掌握带电粒子在电磁场中的动力学方程。
3. 培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
二、教学内容：1. 带电粒子在电场中的运动2. 带电粒子在磁场中的运动3. 带电粒子在电磁场中的运动方程4. 带电粒子在电磁场中的轨迹5. 带电粒子在电磁场中的加速和减速三、教学重点与难点：1. 教学重点：带电粒子在电磁场中的运动规律，动力学方程的运用。
2. 教学难点：带电粒子在电磁场中的轨迹计算，加速和减速过程的分析。
四、教学方法：1. 采用讲授法，讲解带电粒子在电磁场中的运动规律和动力学方程。
2. 采用案例分析法，分析带电粒子在电磁场中的轨迹和加速减速过程。
3. 采用讨论法，引导学生探讨带电粒子在电磁场中的运动特点。
五、教学过程：1. 导入：通过展示带电粒子在电磁场中的实验现象，引发学生对带电粒子在电磁场中运动规律的兴趣。
2. 新课：讲解带电粒子在电场中的运动规律，带电粒子在磁场中的运动规律，带电粒子在电磁场中的动力学方程。
3. 案例分析：分析带电粒子在电磁场中的轨迹，如圆周运动、螺旋运动等。
4. 课堂讨论：引导学生探讨带电粒子在电磁场中的加速减速过程，以及影响加速减速的因素。
6. 作业布置：布置相关练习题，巩固所学知识。
六、教学评估：1. 课堂问答：通过提问方式检查学生对带电粒子在电磁场中运动规律的理解程度。
2. 练习题：布置课后练习题，评估学生对动力学方程和轨迹计算的掌握情况。
3. 小组讨论：评估学生在讨论中的参与程度，以及对加速减速过程的理解。
七、教学拓展：1. 带电粒子在电磁场中的辐射：介绍带电粒子在电磁场中运动时产生的辐射现象，如电磁辐射、Cherenkov 辐射等。
2. 应用领域：探讨带电粒子在电磁场中运动在现实中的应用，如粒子加速器、电磁轨道等。
八、教学资源：1. 实验视频：展示带电粒子在电磁场中的实验现象，增强学生对运动规律的理解。
带电粒子在电磁场中的运动(教案)第一章：带电粒子与电磁场的概念1.1 带电粒子的概念：介绍带电粒子的定义、性质和分类，如正电荷和负电荷，以及常见带电粒子如电子、质子等。
1.2 电磁场的概念：解释电磁场的定义、描述电磁场的基本方程，以及电磁场的特性，如电场、磁场和电磁波等。
第二章：带电粒子在电场中的运动2.1 库仑定律：介绍库仑定律的表述和适用条件，以及计算带电粒子间电磁力的方法。
2.2 电场力与加速度：探讨带电粒子在电场中受到的电场力，根据牛顿第二定律分析电场力与加速度的关系。
2.3 电场中的运动轨迹：分析带电粒子在非均匀电场中的运动轨迹，如直线运动和曲线运动。
第三章：带电粒子在磁场中的运动3.1 洛伦兹力：介绍洛伦兹力的概念和计算方法，以及洛伦兹力对带电粒子的作用。
3.2 磁场中的圆周运动：分析带电粒子在磁场中受到的洛伦兹力，探讨粒子做圆周运动的条件及其周期和半径的计算。
3.3 磁场中的直线运动：讨论带电粒子在磁场中不受洛伦兹力或洛伦兹力与电场力平衡时的情况，分析粒子的运动状态。
第四章：带电粒子在电磁场中的动力学4.2 动力学方程：建立带电粒子在电磁场中的动力学方程，并讨论在不同情况下方程的求解方法。
4.3 粒子束在电磁场中的聚焦和偏转：分析粒子束在电磁场中的聚焦和偏转现象，以及相关应用，如粒子加速器和粒子探测器等。
第五章：带电粒子在电磁场中的辐射5.1 辐射现象：介绍带电粒子在电磁场中辐射能量的基本原理，如电磁辐射和Cherenkov 辐射等。
5.2 辐射功率和辐射强度：探讨带电粒子辐射功率的计算方法和辐射强度的相关概念。
5.3 辐射的应用：分析带电粒子辐射在现实中的应用，如辐射成像、粒子探测器和医学治疗等。
第六章：带电粒子在电磁场中的碰撞6.1 弹性碰撞与非弹性碰撞：介绍带电粒子在电磁场中发生弹性碰撞和非弹性碰撞的概念，分析碰撞过程中能量和动量的守恒定律。
6.2 碰撞截面：探讨带电粒子在电磁场中发生碰撞的截面概念，以及如何计算碰撞截面的大小。
一、带电粒子在电磁场中的运动二、教学目标：1. 让学生了解带电粒子在电磁场中的运动规律。
2. 培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
3. 引导学生掌握电磁场对带电粒子的影响。
三、教学内容：1. 带电粒子在电场中的运动2. 带电粒子在磁场中的运动3. 带电粒子在电磁场中的运动4. 带电粒子在电磁场中的轨迹5. 带电粒子在电磁场中的能量变化四、教学重点与难点：1. 教学重点：带电粒子在电磁场中的运动规律，带电粒子在电磁场中的能量变化。
2. 教学难点：带电粒子在复合电磁场中的运动，带电粒子在电磁场中的轨迹计算。
五、教学方法与手段：1. 采用问题驱动的教学方法，引导学生主动探究带电粒子在电磁场中的运动规律。
2. 利用多媒体动画演示带电粒子在电磁场中的运动，增强学生对知识的理解。
3. 通过实例分析，让学生学会将理论知识应用于实际问题。
六、教学过程：1. 引入：通过讲解带电粒子在电磁场中的实际应用，激发学生的兴趣。
2. 讲解：详细讲解带电粒子在电场、磁场中的运动规律。
3. 讨论：让学生分组讨论带电粒子在复合电磁场中的运动特点。
4. 演示：利用多媒体动画演示带电粒子在电磁场中的运动。
5. 练习：布置相关习题，让学生巩固所学知识。
七、教学评价：1. 课堂问答：检查学生对带电粒子在电磁场中运动规律的理解。
2. 习题练习：评估学生运用所学知识解决实际问题的能力。
3. 课后作业：布置综合性较强的作业，巩固所学知识。
八、教学资源：1. 多媒体动画演示带电粒子在电磁场中的运动。
2. 相关习题及答案。
九、教学时间安排：1. 第一课时：讲解带电粒子在电场中的运动。
2. 第二课时：讲解带电粒子在磁场中的运动。
3. 第三课时：讲解带电粒子在电磁场中的运动。
4. 第四课时：讲解带电粒子在电磁场中的轨迹。
5. 第五课时：讲解带电粒子在电磁场中的能量变化。
十、教学拓展：1. 引导学生深入研究带电粒子在复杂电磁场中的运动。
2. 鼓励学生参与相关科研项目，提高实践能力。
带电粒子在电磁场中周期性运动 1、如图所示，在x轴上方有一匀强电场，场强大小为E，方向竖直向下．在x轴下方有一匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里．在x轴上有一点p，离原点距离为a．现有一带电量为+q，质量为m的粒子，不计重力，从0＜x＜a区间某点由静止开始释放后，能经过p点．试求： （1）释放瞬间粒子的加速度； （2）释放点的坐标x、y应满足的关系式？
2、如图所示，在NOQ范围内有垂直于纸面向里的匀强磁场I，在MOQ范围内有垂直于纸面向外的匀强磁场II，M、O、N在一条直线上，∠MOQ=60°。这两个
区域磁场的磁感应强度大小均为B。离子源中的离子（带电量为+q，质量为m）通过小孔O1
进入极板间电压为U的加速电场区域（可认为初速度为
零），离子经电场加速后通过小孔O2射出，从接近O点外进入磁场区域I。离子进入磁场的速度垂直于磁场边界MN，也垂直于磁场。不计离子的重力。 （1）当加速电场极板电压U=U0，求离子进入磁场中做圆周运动的半径R； （2）在OQ有一点P，P点到O点距离为L，当加速电场极板电压U取哪些值，才能保证离子通过P点。 3、
4、如图所示为圆形区域的匀强磁场，磁感应强度为B、方向垂直纸面向里，边界跟y轴相切于坐标原点O． O点处有一放射源，沿纸面向各方向射出速率均为v的某种带电粒子，带电粒子在磁场中做圆周运动的半径是圆形磁场区域半径的两倍．已知该带电粒子的质量为m、电荷量为q，不考虑带电粒子的重力． （1）推导带电粒子在磁场空间做圆周运动的轨道半径； （2）求带电粒子通过磁场空间的最大偏转角； （3）沿磁场边界放置绝缘弹性挡板，使粒子与挡板碰撞后以原速率弹回，且其电荷量保持不变．若从O点沿x轴正方向射入磁场的粒子速度已减小为 v/2，求该粒子第一次回到O点经历的时间． 5、如图所示，真空中分布着有界的匀强电场和两个均垂直于纸 面，但方向相反的匀强磁场，电场的宽度为L，电场强度为E， 磁场的磁感应强度都为B，且右边磁场范围足够大．一带正电 粒子质量为m，电荷量为q，从A点由静止释放经电场加速后进 入磁场，穿过中间磁场进入右边磁场后能按某一路径再返回A 点而重复上述过程，不计粒子重力，求： （1）粒子进入磁场的速率v； （2）中间磁场的宽度d （3）求粒子从A点出发到第 一次回到A点所经历的时间t。
7、如图a所示，水平直线MN下方有竖直向上的匀强电场，现 将一重力不计、比荷610/qCkgm的正电荷置于电场中的O点
由静止释放，经过15×10—5s后，电荷以v0=1．5×l04m／s的速 度通过MN进入其上方的匀强磁场，磁场与纸面垂直，磁感应 强度B按图b所示规律周期性变化（图b中磁场以垂直纸面向 外为正，以电荷第一次通过MN时为t=0时刻）。求：
（1）匀强电场的电场强度E （2）图b中45t×10-5s时刻电荷与O点的水平距离 （3）如果在O点右方d= 68cm处有一垂直于MN的足够大的挡板， 求电荷从O点出发运动到挡板所需的时间。 8、如图8－2－9甲所示，M、N为竖直放置彼此平行的两块平板，板间距离为d，两板中央各有一个小孔O、O′且正对，在两板间有垂直于纸面方向的磁场，磁感应强度随时间的变化如图乙所示．有一群正离子在t＝0时垂直于M板从小孔O射入磁场．已知正离子质量为m，带电荷量为q，正离子在磁场中做匀速圆周运动的周期与磁感应强度变化的周期都为T0，不考虑由于磁场变化而产生的电场的影响，不计离子所受重力．求： (1)磁感应强度B0的大小； (2)要使正离子从O′孔垂直于N板射出磁场，正离子射入 磁场时的速度v0的可能值．
9、如图甲所示的坐标系中，第四限象内存在垂直于纸面向里的有界匀强磁场，x方向的宽度OA=203cm，y方向无限制，磁感应强度B0=1×10-4T。现有一比荷为mq=2×1011C/kg的正离子以某一速度从O点射入磁场，α=60°，离子通过磁场后刚好从A点射出。 （1）求离子进入磁场B0的速度的大小； （2）离子进入磁场B0后，某时刻再加一个同方向的匀强磁场，使离子做完整的圆周运动，求所加磁场磁感应强度的最小值； （3）离子进入磁场B0后，再加一个如图乙所示的变化磁场（正方向与B0方向相同，不考虑磁场变化所产生的电场），求离子从O点到A点的总时间。
乙 甲 O s)1012/(7t
B/(10-4T) 11
1 2 3 4 5 6 7 8 O x
y ××××
×××× ×××× ××××
A
B0 1. （20分）解：⑴电荷在电场中做匀加速直线运动，设其在电场中运动的时间为1t，有： 10atv maEq
解得：CNqtmvE/102.7310
⑵当磁场垂直纸面向外时，电荷运动的半径： cmqBmvr5101 周期 sqBmT51110322
当磁场垂直纸面向里时，电荷运动的半径： cmqBmvr3202 周期 sqBmT52210522
故电荷从t=0时刻开始做周期性运动，其运动轨迹如图所示。
45t×10-5s时刻电荷与O点的水平距离：Δd=)(221rr=4cm （4分）
⑶电荷从第一次通过MN开始，其运动的周期为：sT51054 根据电荷的运动情况可知，电荷到达档板前运动的完整周期数为15个，有： 电荷沿ON运动的距离：s=15Δd=60cm （2分） 故最后8cm的距离如图所示，有：
sdrrcos11
解得：6.0cos 则53 （4分） 故电荷运动的总时间：
sTTTtt41111086.3360532115
总（4分） 2、相距2L的AB、CD两直线间的区域存在着两个大小不同、方向相反的有界匀强电场，其中PT上方的电场E1的场强方向竖直向下，PT下方的电场E0的场强方向竖直向上，在电场左边界AB上宽为L的PQ区域内，连续分布着电量为＋q、质量为m的粒子。从某时刻起由Q到P点间的带电粒子，依次以相同的初速度v0沿水平方向垂直射入匀强电场E0中，若从Q点射入的粒子，通过PT上的某点R进入匀强电场E1后从CD边上的M点水平射出，其轨迹如图，若MT两点的距离为L/2。不计粒子的重力及它们间的相互作用。试求： （1）电场强度E0与E1； （2）在PQ间还有许多水平射入电场的粒子通过电场后也能垂直CD边水平射出，这些入射点到P点的距离有什么规律？ （3）有一边长为a、由光滑绝缘壁围成的正方形容器，在其边界正中央开有一小孔S，将其置于CD右侧，若从Q点射入的粒子经AB、CD间的电场从S孔水平射入容器中。欲使粒子在容器中与器壁多次垂直碰撞后仍能从S孔射出(粒子与绝缘壁碰撞时无能量和电量损失)，并返回Q点，在容器中现加上一个如图所示的匀强磁场，粒子运动的半径小于a，磁感应强度B的大小还应满足什么条件？
（1）（6分）设粒子经PT直线上的点R由E0电场进入E1电场，由Q到R及R到M点的时间分别为t1与t2，到达R时竖直速度为vy，则：
由212sat、vat及FqEma得： 220
111
11
22qELattm ① （1分）
A C E
0
v0
P
B E1
D
T 2L
Q M S
R
A C E
0
v0
P
B E1
D
T 2L
Q M S
R 221
222
11222qELattm ② （1分）
01
12y
qEqE
vttmm ③ （1分）
0122vttL ④ （1分）
上述三式联立解得：102EE,20098mvEqL（1分）即20194mvEqL（1分）。 (2)（6分）由E1＝2E0及③式可得t1＝2t2。 因沿PT方向粒子做匀速运动，故P、R两点间的距离是R、T两点间距离的两倍。即粒子在E0电场做类平抛运动在PT方向的位移是在E1电场中的两倍。 设PQ间到P点距离为△y的F处射出的粒子通过电场后也沿水平方向，若粒子第一次达PT直线用时△t，水平位移为△x，则
0xvt（1分） 201()2qEytm （1分）
粒子在电场E1中可能做类平抛运动后垂直CD边射出电场，也可能做类斜抛运动后返回E0电场，在E0电场中做类平抛运动垂直CD水平射出，或在E0电场中做类斜抛运动再返回E1电场。 若粒子从E1电场垂直CD射出电场，则
3122xnxL （n＝0、1、2、3、……）（1分）
解之得：2200200114()2232121qEqExLLymvmnvn （n＝0、1、2、3、……） （1分） 若粒子从E0电场垂直CD射出电场，则 32kxL （k＝1、2、3、……） （1分）
2200
200
112()2234qEqExLLymvmkvk
（k＝1、2、3、……）（1分）
即PF间的距离为221421LLkn与其中n＝0、1、2、3、……，k＝1、2、3、…… 或 322xnL （n＝1、2、3、……） （2分）
解之得：2200200114()223qEqExLLymvmnvn （n＝1、2、3、……） （2分）
即PF间的距离为21Ln （n = 1，2，3，……）
