【导学案】带电粒子在有界磁场中的运动(教学案)

《带电粒子在有界磁场中的运动》教学设计

一、教学内容分析

1、在教材中的地位和作用

带电粒子在磁场中的运动是高中物理的一个难点，也是高考的热点。在历年的高考试题中几乎年年都有这方面的考题。带电粒子在有界磁场中的运动问题，综合性较强，解这类问题既要用到物理中的洛仑兹力、圆周运动的知识，又要用到数学中的平面几何中的圆及解析几何知识。这节课就针对带电粒子有界磁场的运动规律进行解析。

2、学情分析：学生对带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期、半径公式比较熟悉，对数学中圆周知识和三角函数也有了一定的了解，但是并没有在心中建构起分析带电粒子在有界磁场中的运动的方法和思路。这节课着重强调分析方法和思路，并让学生用所学方法解决实际物理问题。

3、教学目标

根据以上分析，结合大纲和新课程要求，考虑到学生的认知水平和思维特点，制定本节课的教学目标如下：

（1）知识与技能：

1）会画出带电粒子在磁场中的运动轨迹；

2）会确定带电粒子在磁场中运动轨迹的圆心；

3）能运用几何关系计算出带电粒子在磁场中运动轨迹的半径；

4）能求带电粒子在磁场中运动的时间。

（2）过程与方法：以学生为主体老师主导，让学生明确方法并熟练应用。

（3）情感态度与价值观：通过对带电粒子在有界匀强磁场中做匀速圆周运动分析，寻找解决问题的方法，培养学生对具体问题具体分析的能力和解决问题的能力。

4、教学重点、难点

会画出带电粒子在磁场中的运动轨迹，能运用几何关系计算出带电粒子在磁场中运动轨迹的半径。

二、教学设计思路

1、教法设计：课堂教学应该尽可能让学生多动脑想、动手做、动嘴说，培养学生主动参与课堂问题解决的习惯，在教学过程中充分体现教师的主导作用和学生的主体地位，通过设疑质疑，引导学生思考、分析并得出结论，使学生在积极参与的基础上强化科学思维，提高学生的逻辑思维的能力。

高二物理专题复习

专题一：带电粒子在有界磁场中的运动学案

【学习目标】

1.通过回顾加深对带电粒子在磁场中运动规律的理解；

2.通过复习明确处理带电粒子在有界磁场中运动的思路和方法；

3.通过题例加强处理带电粒子在磁场中运动的临界问题（或多解问题）的能力。

【专题预览】

地位：

本类问题对知识考查全面，涉及到力学、电学、磁学等高中物理的主干知识，对学生的空间想象能力、分析综合能力、应用数学知识解决物理问题能力有较高的要求，是考查学生多项能力的极好的载体，为历年高考的热点。

重点：

1. 常见的五种有界磁场：单边界磁场、双边界磁场、三角形磁场、矩形磁场、圆形磁场；

2. 带电粒子在磁场中运动时的临界问题（或多解问题）的讨论。

【知识回顾】

一、磁场中的带电粒子一般可分为两类：

1.带电的基本粒子：如电子，质子，α粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和洛伦兹力相比小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）。

2.带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。

3.某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定。

二、带电粒子（不计重力）在匀强磁场中的运动规律

1.带电粒子平行于匀强磁场进入,不受洛伦兹力作用做 .

2.带电粒子垂直匀强磁场中进入,只受洛伦兹力作用做 .

思考：带电粒子与磁场成一定角度（既不垂直又不平行）进入匀强磁场，粒子又作何运动呢？

强调：带电粒子垂直于匀强磁场进入--匀速圆周（规律） 半径：

周期：

频率：

角速度：

潞城一中·高三二轮复习物理导学案班级：姓名：

成功=艰苦劳动+正确方法+少说空话。专题五电场和磁场第3讲带电粒子在磁场中的运动

主备：靳韶波

一、技能提升

（一）通电导体在磁场中受到的安培力问题

1.两个注意点

(1)安培力方向的判断:安培力方向总是垂

直于磁场方向和电流方向所确定的平面。

(2)安培力大小计算:应用公式F=BIL求安

培力大小时不能死记公式,应正确理解公式中各

物理量的实质,其中L为通电导线切割磁感线的

有效长度。如图所示的虚线,“导线两端连线的长度”为通电导线切割磁感线的有效长度。

2.两种状态

在安培力作用下,通电导线或导体棒可能处

于平衡状态,也可能处于加速状态。不论何种状

态都一定要把立体图转化为平面图,即电磁问题

力学化,立体图形平面化。

（二）带电粒子在有界磁场中的运动

1.带电粒子在不同边界磁场中的运动类

别特点图示

直

线

边

界进出磁

场具有

对称性

平

行

边

界

存在临界

条件圆

形

边

界沿径向射

入必沿径

向射出

环

形

边

界与边界相

切

2.解决带电粒子运动的临界问题的技巧方法

(1)数学方法和物理方法相结合:如利用“矢

量图”“边界条件”等求临界值,利用“三角函数”

“不等式的性质”“一元二次方程的判别式”等

求极值。

(2)从关键词找突破口:许多临界问题,题干

中常用“恰好”“最大”“至少”“不相撞”“不脱

离”等词语暗示临界状态,审题时,一定要抓住这

些特定的词语,挖掘其隐藏的规律,找出临界条

件。

(3)处理该类问题常用的几个几何关系

①四个点:入射点、出射点、轨迹圆心和入

射速度直线与出射速度直线的交点。

②六条线:入射点、出射点与圆心的连线,

入射速度直线和出射速度直线,入射点与出射点

的连线,圆心与两条速度直线交点的连线。前面

四条边构成一个四边形,后面两条为对角线。

③三个角:速度偏转角、圆心角、弦切角,

其中偏转角等于圆心角,也等于弦切角的两倍。

(4)临界问题的一般解题流程

（三）磁感应强度的矢量性及安培定则的应用潞城一中·高三二轮复习物理导学案

儒雅匠心乐业爱生2020年3月第一周21.安培定则的特点及应用

高二物理《带电粒子在磁场中的运动》教学设计

教学目标

一、知识目标：

1、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度方向垂直时，做匀速圆周运动．

2、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，并会用它们解答有关问题．

3、知道质谱仪的工作原理．

二、能力目标：

在培养学生能力方面，通过引导学生由洛仑兹力对运动电荷的作用力的分析，逐步得出带电粒子在磁场中的运动规律，以及通过让学生推导半径公式、周期公式等教学过程，培养学生的迁移能力，体会如何用已学知识来探讨研究新问题。

三、德育目标：

通过学习质谱仪的工作原理，让学生认识先进科技的发展，有助于培养学生对物理的学习兴趣．

重难点分析

1.分析运动电荷在匀强磁场中作匀速圆周运动时，要抓住几个关键：

一是洛伦兹力的特点：洛伦兹力在方向上的特点是既垂直于磁场又垂直于速度；在本节中只讨论速度方向和磁场方向垂直的情况，这些要让学生建立一个空间的情景。由于高中力学的学习一般的物理量都在同一平面上，因此取电荷的运动速度与洛伦兹力所决定的平面，磁场与这个平面垂直。洛伦兹力在大小上的特点是决定于Bqv。B、q一定时，仅决定于速度。由于洛伦兹力总是与速度垂直，因此洛伦兹力在功能上的特点是不做功，因此运动电荷的速率不变，这样洛伦兹力就是一个大小不变，方向总是改变（又总是与速度垂直）的力。第二是物体受到切向力作用时，会改变速度的大小，受到法向力作用时，会改变运动的方向，如果只受到大小一定的法向力，具有切线速度的物体有条件做匀速圆周运动。运动电荷在磁场中所受到的洛伦兹力就是法向力，因此运动电荷垂直于磁场方向射入磁场时，只能做匀速圆周运动。

2.由Bqv＝mvr2得出r＝mvBq和T＝2mBq后，可以做一下定性的分析。

v、m一定时，B、q增大会使向心力增大，向心加速度增大，使得半径r减小。v、B、q一定时，m减小会使向心加速度增大，使得半径r增大。B、q、m一定时，由式qBmvr，可知，v增大，r也会增大。