带电粒子在磁场中的运动 质谱仪

教学目标 知识目标 　　1、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度方向垂直时，做匀速圆周运动． 　　2、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，并会用它们解答有关问题． 　　3、知道质谱仪的工作原理． 能力目标 　　通过推理、判断带电粒子在磁场中的运动性质的过程，培养学生严密的逻辑推理能力． 情感目标 　　通过 学习 质谱仪的工作原理，让学生认识先进科技的发展，有助于培养学生对 物理 的 学习 兴趣．   教学建议 教材分析 　　本节重点是研究带电粒子垂直射入匀强磁场中的运动规律：半径以及周期，通过复习相关力学知识，利用力于运动的关系突破这一重点，需要注意的是： 1、确定垂直射入匀强电场中的带电粒子是匀速圆周运动； 2、带电粒子的重力通常不考虑。 教法建议 　　由于我们研究的是带电粒子在磁场中的运动情况，研究的是磁场力与运动的关系，因此教学开始，需要学生回忆相关的力学知识，为了引导学生分析推导粒子做匀速圆周运动的原因、规律，教师可以通过实验演示引入，让学生认真观察实验现象，结合运动和力的关系分析原因，总结规律，积极思考、讨论例题，对规律加深理解、提高应用能力．最后通过例题讲解，加深知识的理解．   教学设计方案 带电粒子在磁场中的运动  质谱仪     一、素质 教育 目标 （一）知识教学点 　　1、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度方向垂直时，做匀速圆周运动． 　　2、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，并会用它们解答有关问题． 　　3、知道质谱仪的工作原理． （二）能力训练点 　　通过推理、判断带电粒子在磁场中的运动性质的过程，培养学生严密的逻辑推理能力． （三）德育渗透点 　　通过 学习 质谱仪的工作原理，理解高科技的巨大力量．  （四）美育渗透点 　　用电子射线管产生的电子做圆周运动的精美图像感染学生，提高学生对 物理 学图像形式美的审美感受力． 二、学法引导 　　1、教师通过演示实验法引入，复习提问法引导学生分析推导粒子做匀速圆周运动的原因、规律．通过例题讲解，加深理解． 　　2、学生认真观察实验现象，结合运动和力的关系分析原因，总结规律，积极思考、讨论例题，对规律加深理解、提高应用能力． 三、重点难点疑点及解决办法 　　1、重点 　　带电粒子垂直射入匀强磁场中的运动半径和运动周期． 　　2、难点 　　确定垂直射入匀强磁场中的带电粒子运动是匀速圆周运动． 　　3、疑点 　　带电粒子的重力通常为什么不考虑？ 　　4、解决办法 　　复习力学知识、引导同学利用力与运动的关系分析，讨论带电粒子在磁场中的运动情况。 四、课时安排 　　1课时 五、教具学具准备 　　演示用特制的电子射线管。 六、师生互动活动设计 　　教师先通过演示实验引入，再启发引导学生用力学知识分析原因，推导规律，通过例题讲解，学生思考和讨论进一步加深对知识的理解，提高学生运用知识解决实际问题的能力。 七、教学步骤 （一）明确目标 （略） （二）整体感知 　　本节教学首先通过演示实验告诉学生，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这一结论，然后试着用力与运动的关系分析粒子为什么做匀速圆周运动，再由学生推导带电粒子在磁场中的运动半径和周期，根据力学知识，重点是理解运动半径与磁感应强度、速度的关系；运动周期与粒子速率和运动半径无关． （三）重点、难点的 学习 与目标完成过程 　　1、引入新课 　　上一节我们 学习 了洛仑兹力的概念，我们知道带电粒子垂直磁场方向运动时，会受到大小  ，方向始终与速度方向垂直的洛仑兹力作用，今天我们来研究一下，受洛仑兹力作用的带电粒子是如何运动的？ 　　2、粒子为什么做匀速圆周的运动？ 　　首先通过演示实验观察到，当带电粒子的初速度方向与匀强磁场方向垂直时，粒子的运动轨道是圆． 　　在力学中我们 学习 过，物体作匀速圆周运动的条件是物体所受的合外力大小不变，方向始终与速度方向垂直．当带电粒子垂直于匀强磁场方向运动时，通常它的重力可以忽略不计（请同学们讨论），可看作只受洛仑兹力作用，洛仑兹力方向和速度方向在同一个平面内，由于洛仑兹力方向总与速度方向垂直，因而它对带电粒子不做功，根据动能定理可知运动粒子的速度大小不变，再由 可知，粒子在运动过程中所受洛仑兹力的大小即合外力的大小不变，根据物体作匀速圆周运动的条件得出带电粒子垂直匀强磁场运动时，作匀速圆周运动． 　　3、粒子运动的轨道半径和周期公式 　　带电粒子垂直于匀强磁场方向运动时做匀速圆周运动，其向心力等于洛仑兹力，请同学们根据牛顿第二定律，推导带电粒子的运动半径和周期公式． 　　经过推导得出粒子运动半径 ，运动周期 。 　　运用学过的力学知识理解，当粒子运动速度较大时，粒子要离心运动，其运动半径增大，所以速度大，半径也大；当磁场较强时，运动电荷受洛仑兹力增大，粒子要向心运动，其运动半径减小，所以磁感应强度大，半径小．由于带电粒子运动速度大时，其运动半径大，运动轨迹也长，可以理解粒子运动的周期与速度的大小和轨道半径无关．为了加深同学们对半径和周期公式的理解，举下面的例题加以练习． 　　［例1］同一种带电粒子以不同的速度垂直射入匀强磁场中，其运动轨迹如图所示，则可知 　　（1）带电粒子进入磁场的速度值有几个？ 　　（2）这些速度的大小关系为        ． 　　（3）三束粒子从 O 点出发分别到达1、2、3点所用时间关系为       ． 　　4、质谱仪 　　首先请同学们阅读课本上例题的分析求解过程，然后组织学生讨论质谱仪的工作原理． （四）总结、扩展 　　本节课我们 学习 了带电粒子垂直于匀强磁场运动的情况，经过实验演示和理论分析得出粒子做匀速圆周运动．并根据牛顿运动定律得出粒子运动的半径公式和周期公式．最后我们讨论了它的一个具体应用——质谱仪． 　　但应注意的是如果带电粒子速度方向不是垂直匀强磁场方向时，带电粒子将不再是作匀速圆周运动． 八、布置作业 　   （1）P156（1）～（6） 九、 板书设计 五、带电粒子在磁场中的运动  质谱仪 一、运动轨迹 　　粒子作匀速圆周运动． 二、半径和周期 　　运动半径： 　　运动周期： 三、质谱仪