高二物理选修31第三章：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动.docx

高二物理选修31第三章：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动 高二物理选修31第三章：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动 PAGE / NUMPAGES 高二物理选修31第三章：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动 教 案 2年 6班 课 带电粒子在匀强磁场中的运动 课型 新 组长签字 题 课 知 1．理解洛伦兹力对粒子不做功。 识 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， 教与 粒子在匀磁场中做匀速圆周运动。 技 3．会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、 学 能 周期公式，并会用它们解答有关问题 .知道质谱仪的工作原 理。 目 过 1．通过综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在电 程与 场和磁场中的运动问题。 标 方 2．培养学生的分析推理能力。 法 情 感 通过对本节的学习，了解科技成果对人类进步产生的影响。 态 度 与 价 值 观 重 点 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期公式， 并能用来分析有关问题。 难 点 1．带电粒子进入匀强磁场时的受力分析与运动分析。 第1页 /共11页 2．初步运用力学知识、电磁学知识分析带电粒子在匀强磁 场中做匀速圆周运动问题。 教学器材 洛伦兹力演示仪、多媒体，投影仪。 教学方法 提问、讨论、讲解、实验演示、练习反馈。 复习提问 1．什么是洛伦兹力？ 2．洛伦兹力的公式？ 3．洛伦兹力的 方向如何确定？ 4．洛伦兹力有什么特点？ 情境设计 带电粒子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。 说明： 本节课研究的带电粒子为质子，电子，原子核等基本粒子，它们的质量极小，重力可忽略不计。 提出问题： 思考：带电粒子射入匀强磁场时，有几种可能的情况？ 1．带电粒子的速度方向与磁场方向平行。 2．带电粒子的速度方向与磁场方向垂直。 3．带电粒子的速度方向与磁场方向成一定夹角。 从理论上分析在这几种情况下，带电粒子进入磁场时的受力情况和 运动情况又是什么样的呢？ 1． 当速度平行于磁场方向时： 洛=0，粒子做匀速直线运动，轨迹是一条直线。实验验证： 投影：介绍洛伦兹力演示仪的结构和工作原理。 [ 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 第2页 /共11页 径迹是直线； 当磁场与粒子的速度方向垂直时，观察带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹也是直线。 2． 当速度垂直于磁场方向时： 学生思考： 带电粒子受到什么力的作用？ 这个力的方向和粒子的速度方向存在什么关系？ 粒子所受的力做功吗？ 这个力对电子的运动有什么作用？ 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。 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。 洛伦兹力的方向总是与速度方向垂直，洛伦兹力不对运动的带电粒 子做功，因此带电粒子的速率不变，洛伦兹力的大小也不变，这个洛伦 兹力的作用效果是改变粒子运动速度的方向，根据牛顿第二定律，洛伦 兹力使运动的带电粒子产生向心加速度，沿着垂直速度方向的洛伦兹力 起到了向心力的作用， 由此判断带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。 （投影演示洛伦兹力作用下带电粒子的速度偏转情况，帮助学生分析带电粒子的运动情况。） 第3页 /共11页 [实验现象 ] ：加上匀强磁场，电子的径迹由直线变为圆周。验证前 面的分析结论。 既然 V┴ B 时，带电粒子的运动轨迹是圆周，粒子做圆周运动的向心力必然是由洛伦兹力充当的。则 由 f =F 2 /r mv 洛 向 可得： qvB=mv r qB 由 T 2 r 得： 2 m v T 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。 调节加速电压，励磁电流，观察半径 r 的变化情况，比较与推导结果是否相符。 投影：通过气泡室显示的带电粒子在匀强磁场中的运动径迹分析带电粒子运动轨迹的形成原因 先由上述公式分析调节加速电压和励磁电流时电子的轨首半径发生的变化，再用洛伦兹力演示仪进行验证。 3．当速度与磁场方向成一定夹角： 【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？ 第4页 /共11页 分析：当带电粒子的速度分别为平行于 B 的分量 v1 和垂直于 B 的分 量 v2，因为 v1 和 B 平行，v1 不产生洛伦兹力，粒子 q 在平行于 B 的方向上做匀速直线运动， v2 和 B 垂直，所受洛伦兹力为 qv2B，故粒子在垂直于 B 的平面内做匀速圆周运动，结合两个方向上的运动情况可得：粒子 的合运动是一个等距螺旋运动。 死记硬背是一种传统的教学方式 ,在我国有悠久的历史。