带电粒子在匀强磁场中的运动教案_带电粒子在匀强磁场中的运动教案核心素养
第三节 带电粒子在匀强磁场中的运动教学目标目标与素养1.通过实验 知道带电粒子沿着与磁场垂直的方向射人匀强磁
第三节 带电粒子在匀强磁场中的运动教学目标目标与素养1.通过实验 知道带电粒子沿着与磁场垂直的方向射人匀强磁场后会做圆周运动， 圆周运动的半径与磁感应强度的大小和人射速度的大小有关2.通过理论分析 知道带电粒子沿着与磁场垂直的方向射人匀强磁场后会在磁场中做匀速圆周运动,并能用学过的知识推导 出匀速圆周运动的半径和周期的公式。
3.能够用学过的知识分析 计算有关带电粒子在匀强磁场中受力、运动的问题情境与问题1.通过实验,培养学生的观察能力和科学研究问题的态度2.通过理论推导 鼓励学生大胆发言,并综合运动学知识,认识到由实验归纳总结物理规律是物理学研究的重要方法。
过程与方法1.通过实验 ,体会理论和实践相结合的研究方法2.通过对带电粒子在匀强磁场中的运动情况的学习，提高综合运用力学知识和电学知识的能力重点难点重点1.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期的公式。
2.应用带电粒子在匀强磁场中运动的有关公式分析、解决相关问题难点1.带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动2.综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在磁场中运动的问题教学准备教师准备洛伦兹力演示仪、感应线圈、电源 、多媒体课件等。
学生准备课前复习带电粒子在匀强电场中的运动规律、物体做匀速圆周运动的条件、匀速圆周运动的向心力公式等知识教学设计一、复习回顾,引入新课复习:(1)什么是洛伦兹力?(2)带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力?。
(3)带电粒子沿着电场线方向飞人匀强电场将做什么运动?(4)带电粒子垂直电场线方向飞人匀强电场将做什么运动?(5)物体做匀速圆周运动的条件是什么?(6)匀速圆周运动中,对向心力需要单独进行受力分析吗?若不需要,该如何分析向心力?
(7)匀速圆周运动的向心力公式是什么?引入:那么带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场会做什么运动呢? 今天我们就来学习一下带电粒子在匀强磁场中的运动及其应用问题二、新课教学1.带电粒子在匀强磁场中的运动演示:如图所示是洛伦兹力演示仪， 电子束由电子枪产生，玻璃泡内充有稀薄的气体，在电子束通过时能显示电子的径迹。
励磁线圈能够在两个线圈之间产生匀强磁场,磁场的方向与两线圈中心的连线平行,电子的速度大小和磁感应强度可以分别通过电子枪的加速电压和励磁线圈的电流来调节
利用洛伦兹力演示仪可以观察运动电子在磁场中的偏转在进行实验观察之前，首先进行思考讨论 根据洛伦兹力的知识预测电子束的径迹 然后再进行实验观察，验证自己的预测是否正确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;在施加匀强磁场时， 电子的径迹变弯成圆形。
(见教材第 14 页图 1.3-3 和图 1.3-4)通过观察还可以发现,外加磁场越强， 电子径迹的半径越小;电子的出射速度越大， 电子径迹的半径越大分析:(1)带电粒子沿着磁感线方向 飞入匀强磁场,粒子将做什么运动?。
(2)带电粒子垂直磁感线方向飞入匀强磁场,粒子又将做什么运动?①洛伦兹力方向与速度方向有什么关系?洛伦兹力做功吗?②洛伦兹力对带电粒子的运动起到什么作用?③洛伦兹力的大小改变吗?方向呢?结论: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。
进一步分析:(1)平面运动:分析带电粒子的受力情况,用左手定则明确带电粒子的初速度与其所受的洛伦兹力在同一平面内,所以只可能做平面运动(2)做功情况:洛伦兹力不对运动的带电粒子做功，粒子运动的速率不变 同时洛伦兹力的大小也不变。
(3) 向心力来源 根据牛顿第二定律，洛伦兹力使运动的带电粒子产生加速度(向心加速度) 故洛伦兹力充当粒子做匀速圆周运动的向心力练习:（1）如图所示，运动的电子受到怎样的力? 这个力与电子的速度有怎样的关系?。
运动的电子受到垂直于其速度方向的洛伦兹力(2)洛伦兹力对电子的运动有什么作用?洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小(3)洛伦兹力对运动的电子做功吗?洛伦兹力对运动的电子不做功设计意图:首先通过实验让学生对带电粒子的运动有感性的认识，激发学生的学习兴趣，再通过问题组的引导，使学生一步步分析运动的原因，由浅入深，逐层递进。
结论:(1)当带电粒子的运动方向与磁场方向平行时，粒子不受洛伦兹力,此时粒子做匀速直线运动。(2)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。
①受力分析:粒子受到垂直于速度方向、也垂直于磁场方向的洛伦兹力的作用洛伦兹力 F 大小一定，方向与v 垂直,时刻改变，所以 F 为变力②运动分析:没有力的作用使粒子离开与磁场方向垂直的平面,也没有垂直磁场方向 以外的速度分量使粒子离开与磁场方向垂直的平面 所以粒子的运动轨迹平面与磁场方向垂直。
③效果分析:洛伦兹力对运动的带电粒子不做功,所以粒子的动能、速率均不变洛伦兹力只改变粒子速度的方向,不改变粒子速度的大小，洛伦兹力提供了粒子做匀速圆周运动的向心力2.带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径和周期。
思考:带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径，与粒子的速度磁场的磁感应强度有什么关系?考虑到粒子所受的洛伦兹力就是它做匀速圆周运动磁场的向心力,列出方程便不难得出几个物理量的关系式，之后就可以分别判断粒子的速度、磁场的强弱对圆周运动的半径的影响。
(1)半径公式一带电粒子的质量为 m，电荷量为 q,速度为 v,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?因为洛伦兹力充当带电粒子做匀速圆周运动的向心力，而向心力的计算公式为
洛伦兹力的计算公式为F洛=qvB,故可得qvB=m
解得r=
。由上式可以知道 ,在匀强磁场中做匀速圆周运动的带电粒子，其圆周运动的半径与粒子的运动速率成正比。粒子的运动速率越大 圆周运动的半径也越大。(2)周期公式将半径r=
代入圆周运动的周期公式T=
中，解得T=
.由上式可以知道，运动的周期与圆周运动的半径和粒子的运动速率无关 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的方向垂直 它的运动轨迹是什么样的曲线呢?当带电粒子的速度分解为垂直于 B 的分量 v]和平行于 B 的 分量 0 时,因为 oi 与 B 垂直，粒子受到洛伦兹大qv B,此力使粒子 q 在垂直于 B 的平面内做匀速圆周运动;因为 0。
和 B 平行,粒子不受洛伦效粒子沿B的方向做匀速直线运动;可见,当带电粒子的运动方向与磁场方向成θ角时 粒子在垂直磁场方向做匀速圆周运动沿磁场方向做匀速直线运动 叠加后粒子做等距螺旋线运动拓展:在粒子物理的研究中 可以让粒子通过“云室”“汽泡室”等装置，显示它们的径迹。
如果在云室、汽泡室中加匀强磁场可以看到带电粒子运动的圆形径迹粒子的质量、速度、电荷量不一样 径迹的半径也不一样如图所示的是带电粒子在汽泡室运动时径迹的照片 有的粒子在运动过程中能量降低,速度减小 ,径迹就呈螺旋形。
例题:见教材第 14 页三、课堂小结本节课我们主要学习了:1.带电粒子的初速度方向和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，了解磁偏转 并会用它们解答相关问题。
3.会处理带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的问题四、作业设计课堂作业1.在匀强磁场中一个带电粒子做匀速圆周运动，如果又顺利垂直进入另一磁感应强度是原来磁感应强度一半的匀强磁场,则()A.粒子的速率加倍,周期减半。
B.粒子的速率不变,轨道半径减半C.粒子的速率不变，周期变为原来的 2倍D.粒子的速率减半 轨道半径变为原来的2倍2.质量为 m 、电荷量为 q 的粒子,以初速度垂直进入磁感应强度为 B、宽度为 L 的匀强磁场区域,如图所示,求:。
(1)带电粒子的运动轨迹及运动性质;(2)带电粒子运动的轨道半径 r;(3)带电粒子离开磁场时的速率u;(4)带电粒子离开磁场时的偏转角θ;(5)带电粒子在磁场中的运动时间t;(6)带电粒子离开磁场时偏转的侧位移y。
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