1、选修 3-1 第三章 3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动 一、教材分析 本节课的内容是高考的热点之一，不仅要求学生有很强的分析力和运动关系的能力，还要 求学生有一定的平面几何的知识，在教学中要多给学生思考的时间 二、教学目标 （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
2、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。 三、教学重点难点 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 四、学情分析 本节教材的内容属于洛仑兹力知识的应用，采用先实验探究，再理论分析与推导的方法。 先实验观察再理论论证比较符合一般学生的认知过程，也可降低学习的难度。 五、教学方法 实验观察法、讲述法、分析推理法 六、课前准备 1、学生的准备：认真预习课本及学案内容 2、教师的准备：洛伦兹力演示仪、电源、多媒体课件制作，课前预习学案，课内探 究学案，课后延伸拓展学案 七、课时安排： 1 课时 八、教学过程 （一）
3、预习检查、总结疑惑 （二）情景引入、展示目标 提问：（1）什么是洛伦兹力？ （2）带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？ （3）带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时会做什么运动呢？ （三）合作探究、精讲点播 1、带电粒子在匀强磁场中的运动 介绍洛伦兹力演示仪。如图所示。 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； （3）保持出射电子的速度不变，增大或减小磁感应强度，电子束的径迹； （4）保持磁感应强度不变，增大或减小出射电子的速度，电子束的径迹。 教师演示，学生观察实验，验证自己的预测是否正确。 实验现象：在暗室中可以清楚地看到，
4、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。磁场越强，径迹的半径越小；电子的出射速度越大，径迹的半径越大。 引导学生分析：当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时，电子受到垂直于速度方 向的洛伦兹力的作用，洛伦兹力只能改变速度的方向，不能改变速度的大小。因此，洛伦 兹力对粒子不做功，不能改变粒子的能量。洛伦兹力对带电粒子的作用正好起到了向心力 的作用。所以，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。 思考与讨论： 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，其轨道半径 r 和 周期 T
5、为多大呢？ 出示投影片，引导学生推导： 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，其半径 r 和周期 T 为多大？如 图所示。 粒子做匀速圆周运动所需的向心力 F=m 是由粒子所受的洛伦兹力提供的，所以rv 2 qvB=m 2 由此得出 r= qBv 周期 T= 代入式得 T= vr2qBm2 由式可知，粒子速度越大，轨迹半径越大；磁场越强，轨迹半径越小，这与演示实 验观察的结果是一致的。 由式可知，粒子运动的周期与粒子的速度大小无关。磁场越强，周期越短。 介绍带电粒子在汽泡室运动的径迹照片，让学生了解物理学中研究带电粒子运动的方 法。 教师
6、引导学生对结果进行讨论，让学生了解有关质谱仪的知识。让学生了解质谱仪在 科学研究中的作用。 2、回旋加速器 引导学生阅读教材有关内容，了解各种加速器的发展历程，体会回旋加速器的优越性。 课件演示，回旋加速器的工作原理，根据情况先由学生讲解后老师再总结。 在讲解回旋加速器工作原理时应使学生明白下面两个问题： （1）在狭缝 AA与 AA 之间，有方向不断做周期变化的电场，其作用是当粒子经 过狭缝时，电源恰好提供正向电压，使粒子在电场中加速。狭缝的两侧是匀强磁场，其作 用是当被加速后的粒子射入磁场后，做圆运动，经半个圆周又回到狭缝处，使之射入电场 再次加速。 （2）粒子在磁场中做圆周运动的半径与速率
7、成正比，随着每次加速，半径不断增大， 而粒子运动的周期与半径、速率无关，所以每隔相相同的时间（半个周期）回到狭缝处， 只要电源以相同的周期变化其方向，就可使粒子每到狭缝处刚好得到正向电压而加速。 当堂练习 【例 1】一个负离子，质量为 m，电量大小为 q，以速率 v 垂直于屏 S 经过小孔 O 射 入存在着匀强磁场的真空室中，如图所示。磁感应强度 B 的方向与离子的运动方向垂直， 并垂直于图中纸面向里。 （1）求离子进入磁场后到达屏 S 上时的位置与 O 点的距离。 （2）如果离子进入磁场后经过时间 t 到达位置 P，证明：直线 OP 与离子入射方向之 间的夹角 跟 t 的关系是 。mqB2
8、【例 2】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 垂直磁场 方向射入磁场中，并从 B 点射出，AOB=120，则该带电粒子在磁 场中运动的时间为_ A2 r/3v0 B2 r/3v0 C r/3v0 D r/3v0 【例 3】电子自静止开始经 M、N 板间（两板间 的电压为 u）的电场加速后从 A 点垂直于磁场边界射 入宽度为 d 的匀强磁场中，电子离开磁场时的位置 P 偏离入射方向的距离为 L，如图所示。求匀强磁场的 磁感应强度。 （已知电子的质量为 m，电量为 e） （四）反思总结、当堂检测 见学案 （五）发导学案、布置作业 完成 P108“问题与练习”第 1、2、5 题。书面完成第 3、4 题。 九、板书设计 1、带电粒子在匀强磁场中的运动： 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。 轨道半径 r= qBmv 周期 T= qBm2 2、回旋加速器 十、教学反思 本节课的重点是在让学生理解带电粒子垂直进入匀强磁场后，洛伦兹力总与速度垂直 不做功的特点，从受力分析得到运动方程，从而得到半径和周期公式。让学生自己分析探 究带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动，推导粒子运动的轨道半径和周期公式，与此同 时培养学生的类比模型和转移模型的能力。
