2022年高二物理上學(xué)期 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)教案

上傳人:xt****7 文檔編號(hào):108582833 上傳時(shí)間:2022-06-15 格式:DOC 頁數(shù):6 大?。?07KB
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1、2022年高二物理上學(xué)期 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)教案 ★新課標(biāo)要求 (一)知識(shí)與技能 1、理解洛倫茲力對粒子不做功。 2、理解帶電粒子的初速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直時(shí),粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。 3、會(huì)推導(dǎo)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑、周期公式,知道它們與哪些因素有關(guān)。 4、了解回旋加速器的工作原理。 (二)過程與方法 通過帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的受力分析,靈活解決有關(guān)磁場的問題。 (三)情感、態(tài)度與價(jià)值觀 通過本節(jié)知識(shí)的學(xué)習(xí),充分了解科技的巨大威力,體會(huì)科技的創(chuàng)新與應(yīng)用歷程。 ★教學(xué)重點(diǎn) 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的受力分析及運(yùn)動(dòng)徑跡 ★教學(xué)難點(diǎn)

2、 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的受力分析及運(yùn)動(dòng)徑跡 ★教學(xué)方法 實(shí)驗(yàn)觀察法、講述法、分析推理法 ★教學(xué)用具: 洛倫茲力演示儀、電源、投影儀、投影片、多媒體輔助教學(xué)設(shè)備 ★教學(xué)過程 (一)引入新課 教師:(復(fù)習(xí)提問)什么是洛倫茲力? 學(xué)生答:磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用力 教師:帶電粒子在磁場中是否一定受洛倫茲力? 學(xué)生答:不一定,洛倫茲力的計(jì)算公式為f=qvBsinθ,θ為電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場方向的夾角,當(dāng)θ=90°時(shí),f=qvB;當(dāng)θ=0°時(shí),f=0。 教師:帶電粒子垂直磁場方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場時(shí)會(huì)做什么運(yùn)動(dòng)呢?今天我們來學(xué)習(xí)——帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)。 (二)進(jìn)行新課 1、帶電粒

3、子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng) 教師:介紹洛倫茲力演示儀。如圖所示。 教師:引導(dǎo)學(xué)生預(yù)測電子束的運(yùn)動(dòng)情況。 (1)不加磁場時(shí),電子束的徑跡; (2)加垂直紙面向外的磁場時(shí),電子束的徑跡; (3)保持出射電子的速度不變,增大或減小磁感應(yīng)強(qiáng)度,電子束的徑跡; (4)保持磁感應(yīng)強(qiáng)度不變,增大或減小出射電子的速度,電子束的徑跡。 教師演示,學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證自己的預(yù)測是否正確。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:在暗室中可以清楚地看到,在沒有磁場作用時(shí),電子的徑跡是直線;在管外加上勻強(qiáng)磁場(這個(gè)磁場是由兩個(gè)平行的通電環(huán)形線圈產(chǎn)生的),電子的徑跡變彎曲成圓形。磁場越強(qiáng),徑跡的半徑越?。浑娮拥某錾渌俣仍酱?,徑跡的半徑越

4、大。 教師指出:當(dāng)帶電粒子的初速度方向與磁場方向垂直時(shí),電子受到垂直于速度方向的洛倫茲力的作用,洛倫茲力只能改變速度的方向,不能改變速度的大小。因此,洛倫茲力對粒子不做功,不能改變粒子的能量。洛倫茲力對帶電粒子的作用正好起到了向心力的作用。所以,當(dāng)帶電粒子的初速度方向與磁場方向垂直時(shí),粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。 思考與討論: 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其軌道半徑r和周期T為多大呢? 出示投影片,引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo): 一帶電量為q,質(zhì)量為m ,速度為v的帶電粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,其半徑r和周期T為多大?如圖所示。 學(xué)生推導(dǎo):粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心

5、力F=m是由粒子所受的洛倫茲力提供的,所以 qvB=m 由此得出 r= ① 周期T= 代入①式得 T= ② 師生互動(dòng)、總結(jié):由①式可知,粒子速度越大,軌跡半徑越大;磁場越強(qiáng),軌跡半徑越小,這與演示實(shí)驗(yàn)觀察的結(jié)果是一致的。 由②式可知,粒子運(yùn)動(dòng)的周期與粒子的速度大小無關(guān)。磁場越強(qiáng),周期越短。 點(diǎn)評(píng):演示實(shí)驗(yàn)與理論推導(dǎo)相結(jié)合,使學(xué)生從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí),實(shí)現(xiàn)認(rèn)識(shí)上的升華。 教師:介紹帶電粒子在汽泡室運(yùn)動(dòng)的徑跡照片,讓學(xué)生了解物理學(xué)中研究帶電粒子運(yùn)動(dòng)的方法。 投影片出示例題: 教師引導(dǎo)學(xué)生對結(jié)

6、果進(jìn)行討論,讓學(xué)生了解有關(guān)質(zhì)譜儀的知識(shí)。讓學(xué)生了解質(zhì)譜儀在科學(xué)研究中的作用。 2、回旋加速器 教師:在現(xiàn)代物理學(xué)中,人們?yōu)樘剿髟雍藘?nèi)部的構(gòu)造,需要用能量很高的帶電粒子去轟擊原子核,如何才能使帶電粒子獲得巨大能量呢?如果用高壓電源形成的電場對電荷加速,由于受到電源電壓的限制,粒子獲得的能量并不太高。美國物理學(xué)家勞倫斯于1932年發(fā)明了回旋加速器,巧妙地利用較低的高頻電源對粒子多次加速使之獲得巨大能量,為此在1939年勞倫斯獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。那么回旋加速器的工作原理是什么呢? 引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材有關(guān)內(nèi)容,了解各種加速器的發(fā)展歷程,體會(huì)回旋加速器的優(yōu)越性。 課件演示,回旋加速器的工作原理,根據(jù)

7、情況先由學(xué)生講解后老師再總結(jié)。 在講解回旋加速器工作原理時(shí)應(yīng)使學(xué)生明白下面兩個(gè)問題: (1)在狹縫A′A′與AA之間,有方向不斷做周期變化的電場,其作用是當(dāng)粒子經(jīng)過狹縫時(shí),電源恰好提供正向電壓,使粒子在電場中加速。狹縫的兩側(cè)是勻強(qiáng)磁場,其作用是當(dāng)被加速后的粒子射入磁場后,做圓運(yùn)動(dòng),經(jīng)半個(gè)圓周又回到狹縫處,使之射入電場再次加速。 (2)粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與速率成正比,隨著每次加速,半徑不斷增大,而粒子運(yùn)動(dòng)的周期與半徑、速率無關(guān),所以每隔相相同的時(shí)間(半個(gè)周期)回到狹縫處,只要電源以相同的周期變化其方向,就可使粒子每到狹縫處剛好得到正向電壓而加速。 (三)課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng) 教師活

8、動(dòng):讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請一個(gè)同學(xué)到黑板上總結(jié),其他同學(xué)在筆記本上總結(jié),然后請同學(xué)評(píng)價(jià)黑板上的小結(jié)內(nèi)容。 學(xué)生活動(dòng):認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容,并把自己這節(jié)課的體會(huì)寫下來、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié),看誰的更好,好在什么地方。 點(diǎn)評(píng):總結(jié)課堂內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力。 教師要放開,讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容,允許內(nèi)容的順序不同,從而構(gòu)建他們自己的知識(shí)框架。 (四)實(shí)例探究 ☆帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的勻速圓周運(yùn)動(dòng) 【例1】一個(gè)負(fù)離子,質(zhì)量為m,電量大小為q,以速率v垂直于屏S經(jīng)過小孔O射入存在著勻強(qiáng)磁場的真空室中,如圖所示。磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與離子的運(yùn)動(dòng)方向垂直,并垂直于圖中紙面向里。

9、 O B S v θ P (1)求離子進(jìn)入磁場后到達(dá)屏S上時(shí)的位置與O點(diǎn)的距離。 (2)如果離子進(jìn)入磁場后經(jīng)過時(shí)間t到達(dá)位置P,證明:直線OP與離子入射方向之間的夾角θ跟t的關(guān)系是。 解析:(1)離子的初速度與勻強(qiáng)磁場的方向垂直,在洛侖茲力作用下,做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。設(shè)圓半徑為r,則據(jù)牛頓第二定律可得: ,解得 如圖所示,離了回到屏S上的位置A與O點(diǎn)的距離為:AO=2r 所以 (2)當(dāng)離子到位置P時(shí),圓心角: 因?yàn)?,所以? 【例2】如圖所示,半徑為r的圓形空間內(nèi),存在著垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場,一個(gè)帶電粒子(不計(jì)重力),從A點(diǎn)以速度v0垂直磁場

10、方向射入磁場中,并從B點(diǎn)射出,∠AOB=120°,則該帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為_______ A.2πr/3v0B.2πr/3v0 C.πr/3v0D.πr/3v0 v AB 解析:首先通過已知條件找到所對應(yīng)的圓心O′,由圖可知θ=60°,得t=,但題中已知條件不夠,沒有此選項(xiàng),必須另想辦法找規(guī)律表示t,由圓周運(yùn)動(dòng)和t= =。其中R為AB弧所對應(yīng)的軌道半徑,由圖中ΔOO′A可得R=r,所以t=r×π/3r0,D選項(xiàng)正確。 答案:D 【例3】電子自靜止開始經(jīng)M、N板間(兩板間的電壓為u)的電場加速后從A點(diǎn)垂直于磁場邊界射入寬度為d的勻強(qiáng)磁場中,電子離開磁場時(shí)的位置P偏離入射方向的距離為L,如圖所示。求勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。(已知電子的質(zhì)量為m,電量為e) 解析:電子在M、N間加速后獲得的速度為v,由動(dòng)能定理得: mv2-0=eu 電子進(jìn)入磁場后做勻速圓周運(yùn)動(dòng),設(shè)其半徑為r,則: evB=m 電子在磁場中的軌跡如圖,由幾何得: = 由以上三式得:B= ★課余作業(yè) 完成P108“問題與練習(xí)”第1、2、5題。書面完成第3、4題。 ★教學(xué)體會(huì) 思維方法是解決問題的靈魂,是物理教學(xué)的根本;親自實(shí)踐參與知識(shí)的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學(xué)生能力的關(guān)鍵,離開了思維方法和實(shí)踐活動(dòng),物理教學(xué)就成了無源之水、無本之木。學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花,水中月。

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