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、设计思路

科学探究倡导学习的建构，建构主义理论认为：学习不是消极被动的过程，而是一个主动的积极建构的过程，这种建构过程是在学习主体与环境相互作用中产生和完成的，教师的作用不是“填压”而是“点燃”，教师的责任在于创设好学习环境和问题情境，让学生融入学习中，通过自己的分析、思考和交流，从而建构出相关的知识和规律，在高三第一轮复习中，学生已经存储了模糊的基本知识和基本技能，但没有形成系统，这时教师能够把知识以问题的形式，问题以情境的形式表现出来，即所谓的知识问题化，问题情境化，把学生置于问题境况中，让他们去经历智力的探险，在合作探究的过程中最终掌握知识，形成自主学习水平.

本节课的教学中，能够采用“基于问题”的研究性学习模式，将活动单自制成PPT文件格式表现，能够利用flash动态互动，展示粒子运动径迹，丰富教学，带来感受.该模式主要以几个情境为依托，通过小组活动让学生自主学习和小组合作来掌握知识和形成水平.

活动单内容主要有以下特点：1．问题引入，完成基本知识与技能训练.2．小组合作提炼思想方法，变式拓展提升水平.3．相关模型触类旁通，思想方法巩固提升.

二、教材分析

“带电粒子在匀强磁场中的运动”是物理学科中最突出的综合问题，它将力学、电磁学重点知识融为一体，通过对物理情景的设置，综合考查学生对物理模型的建构水平;考查学生分析推理物理问题的思维方法和水平;考查学生使用数学知识处理物理问题的水平等，是高考命题的热点，是最能体现区分度的地方.

三、学情分析

高中学生的认知水平的发展已接近于成熟水准，求知欲与好奇心强烈，能逐步使用抽象的适于演绎的或归纳的推理方式解决问题，乐于参加各种自主的研究性学习活动，对学习有较强的责任感.在高三一轮复习中，学生已经储备了前期的基本知识与技能，但没有形成系统的规律和方法，对于问题的解决仍受数理基础、元认知水平、问题的熟悉水准、问题的情境特征等方面的影响，坡度很大.

专题复习 带电粒子在匀强电场中的运动

基础知识

1. 电势差与电场强度的关系

在匀强电场中，场强的方向是指向电势降低最快的方向，沿场强方向的两点间的电势差等于场强和这两点间的距离的乘积，即U=Ed。或者说，场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上降低的电势，即E=U/d。

电场强度跟电场对电荷的作用力是相联系的，电势差是跟电场力移动电荷做功相联系的，因此E=U/d是电场力的性质与电场能的性质的有机结合，是本章中的一个非常重要的关系。

2. 平行板电容器若带电，中间会形成匀强电场，带电粒子或微粒在电场中的受力和运动情况是很重要的一类问题。

（1）带电粒子在电场中的运动由粒子的初始状态和受力情况决定。在非匀强电场中，带电粒子受到的电场力是变力，解决这种类型的问题只有用动能定理求解。在匀强电场中，带电粒子受到的是恒力，若带电粒子初速度为零或初速度方向平行于电场方向，带电粒子将做匀变速直线运动；若带电粒子初速度方向垂直于电场方向，带电粒子做类平抛运动，根据运动规律求解。

（2）带电小球、带电微粒（计重力）或质点在匀强电场中运动，由于带电小球、带电微粒和带电质点同时受到重力和电场力的作用，其运动情况由重力和电场力共同决定。又因为重力和电场力都是恒力，其做功特点一样，常将带电小球、带电微粒和带电质点的运动环境想象成一等效场，等效场的大小和方向由重力场和电场共同决定。

（3）在带电粒子的加速或偏转的问题中，何时考虑粒子的重力？何时不计重力？

一般来说：

①基本粒子：如电子、质子、α粒子、离子等除有特别说明或有明确暗示以外，一般都不考虑重力（但不忽略质量）。

②带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等除有特别说明或有明确暗示以外，一般都不能忽略重力。

【典型例题】

1. 带电粒子在电场中的加速问题

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1章静电场第08节 带电粒子在电场中的运动

[知能准备]

1．利用电场来改变或控制带电粒子的运动，最简单情况有两种，利用电场使带电粒子________；利用电场使带电粒子________．

2．示波器：示波器的核心部件是_____________，示波管由电子枪、_____________和荧光屏组成，管内抽成真空．

例1如图1—8—1所示，两板间电势差为U，相距为d，板长为L．—正离子q以平行于极板的速度v0射入电场中，在电场中受到电场力而发生偏转，则电荷的偏转距离y和偏转角θ为多少?

例2两平行金属板相距为d，电势差为U，一电子质量为m，电荷量为e，从O点沿垂直于极板的方向射出，最远到达A点，然后返回，如图1—8—3所示，OA＝h，此电子具有的初动能是 ( )

A．Uedh B．edUh

C．dheU D．deUh

例3一束质量为m、电荷量为q的带电粒子以平行于两极板的速度v0进入匀强电场，如图1—8—4所示．如果两极板间电压为U，两极板间的距离为d、板长为L．设粒子束不会击中极板，则粒子从进入电场到飞出极板时电势能的变化量为．(粒子的重力忽略不计)

例4如图1—8－5所示，离子发生器发射出一束质量为m，电荷量为q的离子，从静止经加速电压U1加速后，获得速度0v，并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电压U2作用后，以速度v离开电场，已知平行板长为l，两板间距离为d，求：

①0v的大小；

②离子在偏转电场中运动时间t；

③离子在偏转电场中受到的电场力的大小F；

④离子在偏转电场中的加速度；

⑤离子在离开偏转电场时的横向速度yv；

⑥离子在离开偏转电场时的速度v的大小；

⑦离子在离开偏转电场时的横向偏移量y；

⑧离子离开偏转电场时的偏转角θ的正切值tgθ

解题的一般步骤是：