带电粒子在磁场中运动教案教案.doc

带电粒子在磁场中的运动【教学目的】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．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．情感目标培养学生对物理的学习兴趣．【教学重难点】带电粒子在磁场中运动的轨迹、半径和周期的分析确定。【教具】洛伦兹力演示仪，洛伦兹力纸板模型。【教学过程】一、提出问题，引入新课师：同学们，上节课我们学习了讨论了磁场对运动电荷的作用力———洛伦兹力。下面请同学们确定黑板上画的正负电荷所受洛伦兹力的大小和方向（匀强磁场Ｂ、正负电荷的ｑ、ｍ、ｖ，课前画在黑板中央）。学生上讲台画F方向，写出F大小。师：通过作图，我们再一次认识到，洛伦兹力总是与粒子的运动方向垂直，这样一来粒子还能做直线运动吗生：不能。师：那么粒子做什么运动呢有怎样的规律这就是我们上节课没有解决，今天要研究解决的课题。板书（课题）：一、带电粒子在磁场中的运动师：带电粒子包括电子、质子、α粒子等带正负电荷的粒子，我们这节课一起来研究正、负粒子在磁场中的运动规律。板书：带电粒子在磁场中的运动规律。二、分析论证，得出结论师：研究带电粒子在磁场中的运动规律应从哪里着手呢我们知道，物体的运动规律取决于两个因素：一是物体的受力情况；二是物体具有的速度，因此，力与速度就是我们研究带电粒子在磁场中运动的出发点和基本点。黑板上画的粒子，其速度及所受洛伦兹力均已知，除洛伦兹力外，还受其他力作用吗严格说来，粒子在竖直平面内还受重力作用，但通过上节课的计算，我们知道，在通常情况下，粒子受到的重力远远小于洛伦兹力，所以，若在研究的问题中没有特别说明或暗示，粒子的重力是可以忽略不计的，因此，可认为黑板上画的粒子只受洛伦兹力作用。为了更好地研究问题，我们今天来研究一种最基本、最简单的情况，即粒子垂直射入匀强磁场，且只受洛伦兹力作用下的运动规律。板书：1、速度V垂直于磁场B2、只受洛伦兹力F下面，我们从洛伦兹力与速度的关系出发，研究粒子的运动规律。洛伦兹力与速度有什么关系第一、洛伦兹力和速度都与磁场垂直，洛伦兹力和速度均在垂直于磁场的平面内，没有任何作用使粒子离开这个平面。因此，粒子只能在洛伦兹力与速度组成的平面内运动，即垂直于磁场的平面内运动。第二、洛伦兹力始终与速度垂直，不可能使粒子做直线运动，那做什么运动这个问题请同学们回答。生：匀速圆周运动。因为洛伦兹力始终与速度方向垂直，对粒子不做功，根据动能定理可知，合外力不做功，动能不变，即粒子的速度大小不变，但速度方向改变；反过来，由于粒子速度大小不变，则洛伦兹力的大小也不变，但洛伦兹力的方向要随速度方向的改变而改变，因此，带电粒子做匀速圆周运动。师：说得好，下面请同学们观看纸板模型演示（剪两片硬纸板，在表示正、负粒子的圆板中央挖一个可插入粉笔的小孔，把表示负粒子的模型按在黑板的相应位置上，使纸片上画的负粒子与黑板上画的负粒子对准，在小孔里插入粉笔，教师边讲解粒子做匀速圆周运动的原因，边操作纸板绕固定转动，画出粒子的圆形运动轨迹）。师：分析推理得出的结果是否正确呢最好的方法就是用实验来验证。教师介绍洛伦兹力演示仪的构造、原理，然后操作演示不加磁场和加磁场两种情况下，电子射线的径迹。师：从演示中，同学们观察到的现象是什么生：在不加磁场的情况下，电子射线的径迹是直线；在加垂直于速度的匀强磁场情况下，电子射线的径迹是圆。师：对，这就证明了上述的分析、推理是正确的。到此，我们就可下结论了：带电粒子垂直身入匀强磁场，在只受洛伦兹力作用的情况下，粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动。板书:带电粒子做匀速圆周运动师：既然粒子是做匀速圆周运动，那么它的圆心在哪里半径有多大周期是多少呢这就是我们要进一步讨论的问题。从上面纸板模型的演示中，你能看出粒子做匀速圆周运动的圆心在哪儿吗生：在纸板的固定点，即洛伦兹力作用线的交点上。师：对，圆心一定在洛伦兹力作用线的交点上，正因为此，解题时可通过作两洛伦兹力作用线的交点来确定圆心。板书：圆心：洛伦兹力作用线的交点。师：半径、周期应怎样确定根据做匀速圆周运动的基本条件，洛伦兹力可提供所需的向心力，由此可确定半径、周期。板书：轨道半径r，洛伦兹力提供向心力ｑＢ可知，当进入磁场的粒子确定后，其半径ｒ与ｖ成正比，与Ｂ成反比，这一规律可用实验来验证。通过改变洛伦兹力演示仪的加速电压和磁场电流，定性验证ｒ与ｖ、Ｂ的关系。师：由周期表达式Ｔ＝２,ｍｑＢ可知，周期Ｔ与ｖ、ｒ无关，这是一个非常重要的规律，遗憾的是我们无法用实验验证它，但对这个规律必须有一个正确的理解。凭经验我们知道，跑步比赛时，跑得越快经历的时间就越短。为什么带电粒子在磁场中运动的时间与ｖ、ｒ无关呢它与跑步