資源簡介

1.3 帶電粒子在勻強磁場中的運動
---教學評大單元分課時教學設計
課 題 人教版高中物理·選擇性必修·第二冊 第一章第3節 帶電粒子在勻強磁場中的運動
課 型 新授課 復習課□ 試卷講評課□ 其他課□
授課班級 授課時間
教學內容分析 課標要求： 能用洛倫茲力分析帶電粒子在勻強磁場中的圓周運動。了解帶電粒子在勻強磁場中的偏轉及其應用。 教材分析： 本節教材的內容屬于洛倫茲力知識的應用，教材采用了先理論分析與推導再實驗驗證的順序。這樣的研究過程比較符合物理學的研究思路，同時使得前面學習過的力學知識與洛倫茲力產生了緊密的聯系。通過力學知識的學習，學生對物體做勻速圓周運動的條件有了清晰的了解。對于帶電粒子垂直于磁感應強度的方向進人磁場，根據帶電粒子受到的洛倫茲力的特點，教師可以引導學生分析出:①粒子的運動方向和洛倫茲力的方向始終處于垂直于磁感應強度的平面內;②洛倫茲力不做功，不影響帶電粒子運動的速度大小。進而得知洛倫茲力充當向心力，并推導得出半徑的公式。得出理論分析的結論后，再做教材圖1.3-2的實驗，通過實驗證明帶電粒子做的是勻速圓周運動。讓學生在這一學習過程中對理論與實踐相結合的研究方法有所體會，并且在學習過程中體驗到成功的喜悅。
學情分析 知識儲備：在此之前學生已經學習了勻速圓周運動、洛倫茲力等知識，特別是對勻速圓周運動有了深刻的認識，但是由于剛剛學習洛倫茲力，對洛倫茲力的理解較淺，需要加強訓練以鞏固知識。 能力基礎：高二學生具有較成熟的抽象思維能力，能夠運用歸納、推理等方法解決一些問題，而且好奇心強，樂于思考，已具備一定的基礎知識和技能。但認知還比較淺，而且對待問題缺乏耐心和信心，對教師有一定的依賴，需要鼓舞和激勵。 思維能力：進一步學會觀察、分析、推理，培養科學思維和研究方法。
核心素養 物理觀念：洛倫茲力的性質。 科學思維：通過洛倫茲力性質與平面幾何知識的結合，分析帶電粒子在磁場中的運動軌跡。 科學探究：采用洛倫茲力演示儀，通過控制變量法，研究影響電子束運動軌跡的因素。 科學態度與責任：研究洛倫茲力在質譜儀、回旋加速器中的應用原理。
教學準備 多媒體課件
活動設計
教學內容 教師活動 學生活動 評價任務
環節一：導入新課 活動一:展示學習目標
1.知道帶電粒子沿著與磁場垂直的方向射人勻強磁場會在磁場中做勻速圓周運動，能推導出勻速圓周運動的半徑公式和周期公式，能解釋有關的現象，解決有關實際問題。 2.經歷實驗驗證帶電粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動以及其運動半徑與磁感應強度的大小和入射速度的大小有關的過程，體會物理理論必須經過實驗檢驗。 3.知道洛倫茲力作用下帶電粒子做勻速圓周運動的周期與速度無關，能夠聯想其可能的應用。能用洛倫茲力分析帶電粒子在勻強磁場中的圓周運動。了解帶電粒子在勻強磁場中的偏轉及其應用。 讓學生明確學習目標，做到有的放矢； 課后根據目標，學生自我評價得失情況。
活動二：情境導入
創設情境，導入新課 在現代科學技術中，常常要研究帶電粒子在磁場中的運動。如果沿著與磁場垂直的方向發射一束帶電粒子，請猜想這束粒子在勻強磁場中的運動徑跡，你猜想的依據是什么？ 觀察分析，腦海中生成疑問。 通過同學們很少見到但有確確實實存在的奇妙的或者是令人擔憂的物理現象，抓住學生的思維活躍點，激發學生的好奇心，使其產生求知欲。
活動三 ：問題導入
提出問題，進一步激發學生的學習興趣 【提出問題】：1、如果沿著與磁場垂直的方向發射帶電粒子，帶電粒子受到的洛倫茲力的方向怎樣？ 2、洛倫茲力與帶電粒子的運動方向是否處于同一平面內？ 3、帶電粒子做什么運動？ 學生思考教師提出的問題，然后大膽猜想。 讓學生產生疑問，解決問題，激發學生是興趣。
環節二：新課教學 活動一：帶電粒子在勻強磁場中的運動
帶電粒子在勻強磁場中的運動 1、一個質量為 1.67×10-27 kg、電荷量為 1.6×10-19 C 的帶電粒子，以 5×105m/s 的初速度沿與磁場垂直的方向射入磁感應強度為 0.2 T 的勻強磁場。求出粒子所受的重力和洛倫茲力的大小之比。 2、已知帶電粒子的質量為m，電荷量為q，速度大小為v，磁感應強度為B，以下列不同方式進入磁場將做什么運動？（不計重力） ①進入磁場； ②進入磁場。 PPT展示題目 引導學生進行計算，提出問題：帶電粒子在磁場中運動時洛倫茲力和重力的大小有什么特點？ PPT展示問題和圖片： 引導學生回憶洛倫茲力方向的判斷和特點。 教師展示帶電粒子的受力分析。 提出問題：我們學過的知識中有哪一種運動中力與速度方向總是垂直的？ 教師引導學生得出帶電粒子在磁場中運動的情況。 學生認真審題并進行計算，得出結果。 在教師的引導下進行觀察得出結論： 帶電粒子在磁場中運動時，洛倫茲力遠大于重力，重力作用的影響可以忽略。 小組討論：學生思考并進行受力分析，得出結論。 學生回憶洛倫茲力的方向的判斷和特點并回答。 各小組將討論形成的結果與教師展示的受力分析進行對比，檢查自己的答案。 學生回憶并回答：勻速圓周運動。 學生總結得出結論：帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動。 查看學生的計算情況，通過實際粒子引發學生的思考，培養學生的觀察及判斷能力。 分組討論，培養學生的合作探究能力。 進行知識的銜接，加強學生的記憶。 實施檢驗，進行反饋。 教師引導學生進行總結，培養學生的歸納概括能力。
活動二：實驗驗證：用洛倫茲力演示儀觀察運動電子在勻強磁場中的運動
1、如何驗證帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動？ 【演示實驗】洛倫茲力演示儀。 2、實驗現象： （1）不加磁場時，電子束的徑跡是直線。 （2）外加勻強磁場時，電子束的徑跡是圓周。 介紹洛倫茲力演示儀： 請同學們觀看PPT或者教材P14洛倫茲力演示儀。（教師介紹洛倫茲力演示儀的構造、原理和用途） 提問：（以下情況均不考慮電子束的重力） （1）不加磁場時，電子束的徑跡如何？ （2）外加垂直于紙面的磁場時，電子束的徑跡如 何？ （3）外加垂直于紙面的磁場，保持加速電壓不變， 改變磁感應強度，電子束的徑跡如何？ （4）外加垂直于紙面的磁場，保持磁感應強度不變， 改變出射電子的速度，電子束的徑跡又如何？ 演示實驗：按序號順序依次進行實驗。 觀察到現象： （1）不加磁場時，電子束的徑跡是直線； （2）外加勻強磁場時，電子束的徑跡是圓周； （3）外加磁場越弱，運動的半徑越大； （4）電子束的出射速度越大，運動的半徑越大。 師生總結： 帶電粒子在垂直于勻強磁場方向的平面內做勻速圓 周運動，洛倫茲力提供向心力。洛倫茲力不改變帶 電粒子的速度大小，不對帶電粒子做功，不改變粒 子的能量。 認真聽課，思考該儀 器的用途以。 積極參與課堂討論， 提出猜想。 認真觀看教師演示， 對比自己的猜想，是 否正確。 認真分析實驗現象。 同教師一起總結。 先介紹實驗儀器的構造、原理和用途，以備使用。 這4個問題是本節課要解決的主要問題，讓學生 大 膽 地 去 猜想，培養學習遷移的能力。 通過實驗驗證猜想，既可以激發學習熱情，也可以使得結論更具有說服力。 和教師一起總結觀 察到的實驗現象，培養實驗探究的科學思維方法。
活動三：帶電粒子在磁場中做圓周運動的半徑和周期 1、帶電粒子在磁場中做圓周運動的半徑
帶電粒子只受洛倫茲力下做勻速圓周運動，洛倫茲力提供向心力： 得 提出問題：帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的向心力由什么力提供？其半徑與粒子的速度、磁場的磁感應強度有什么關系呢？ 巡視課堂，查看學生的推導情況，并進行糾錯。 課件展示： 由 得 積極思考，參與課堂 討論。嘗試推導半徑 的表達式。 對比課件上的推導過程，檢查并反思存在的問題。 綜合考察學生的 學習遷移能力和思考能力。
2、帶電粒子在磁場中做圓周運動的周期
帶電粒子在磁場中做圓周運動，由洛倫茲力提供向心力，所以有： 得 提出問題：你能根據以前所學的知識，推導一下帶電粒子在勻強磁場做圓周運動的周期規律嗎？ 引導學生進行推導。 巡視學生推導情況，并進行糾錯。 課件展示： 方法一：根據勻速圓周運動規律 又 得 方法二：根據向心力與周期關系 又 得 提出問題：請同學們觀看周期的公式，有什么特點？ 師生總結：由此看出周期由磁場和粒子的荷質比決定，而與粒子的速度和軌道半徑無關。 回憶圓周運動與周期相關的公式，并嘗試推導。 對比課件上的推導過程，檢查自己的推導過程并反思。 觀察公式并思考特點。 經歷了縝密的推導過程，培養邏輯思維能力。 加深對帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑公式和周期公式的理解。
環節三：課堂練習 例題講解
一個質量為 1.67×10-27 kg、電荷量為 1.6×10-19 C 的帶電粒子，以 5×105 m/s 的初速度沿與磁場垂直的方向射入磁感應強度為 0.2 T 的勻強磁場。求： （1）粒子在磁場中運動的軌道半徑； （2）粒子做勻速圓周運動的周期。 多媒體展示例題 巡視學生解題習慣、過程、情況等，必要時可讓學生上臺展示 教師講解 學生思考并在草稿本上寫下解題過程 讓學生先做一遍，可以很好的培養學生獨立解決問題的能力。
環節四：課堂小結
學到了什么？ 引導學生小結 小組討論，總結本節課得失
環節五：作業設計
P16 練習與應用 1、2題 指導學生完成練習，面批練習。 按要求完成練習。 從完成情況和書寫情況等方面進行評價。
主板書設計
§1.3 帶電粒子在勻強磁場中的運動 一、帶電粒子在勻強磁場中的運動 1.當 v // B 時，粒子做勻速直線運動； 2.當 v B 時，粒子做勻速圓周運動： 二、帶電粒子在磁場中做圓周運動的半徑和周期 1.半徑： 2.周期： 注：周期由磁場和粒子的荷質比決定，而與粒子的速度和軌道半徑無關。
教學反思

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