人教版 (新课标)选修3-1第三章 磁场6 带电粒子在匀强磁场中的运动教案及反思

课题

3.6  带电粒子在匀强磁场中的运动

课 型

新授课

课 时

1

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

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

教 学

准 备

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；

（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，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。

教师指出：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。

学生推导：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

qvB=m

由此得出

r=                   ①

周期T=

代入①式得

T=               ②

师生互动、总结：由①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②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。

点评：演示实验与理论推导相结合，使学生从感性认识上升到理性认识，实现认识上的升华。

教师：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。

投影片出示例题：

教师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

教师：在现代物理学中，人们为探索原子核内部的构造，需要用能量很高的带电粒子去轰击原子核，如何才能使带电粒子获得巨大能量呢？如果用高压电源形成的电场对电荷加速，由于受到电源电压的限制，粒子获得的能量并不太高。美国物理学家劳伦斯于1932年发明了回旋加速器，巧妙地利用较低的高频电源对粒子多次加速使之获得巨大能量，为此在1939年劳伦斯获诺贝尔物理奖。那么回旋加速器的工作原理是什么呢？

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A′A′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。

作 业

布 置

完成P108“问题与练习”第1、2、5题。

书面完成第3、4题。

课堂总结

教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。

学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。