高中物理課堂教學教案       年   月    日

課 題

§ 3.6帶電粒子在勻強磁場中的運動    

新授課

2課時

教   學  目   標

（一）知識與技能

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強度的方向垂直時，粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動。

3、會推導帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑、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)度與價值觀

通過本節(jié)知識的學習，充分了解科技的巨大威力，體會科技的創(chuàng)新與應用歷程。

教學重點、難點

教學重點

帶電粒子在勻強磁場中的受力分析及運動徑跡

教學難點

帶電粒子在勻強磁場中的受力分析及運動徑跡

教 學 方 法

實驗觀察法、講述法、分析推理法

教  學 手 段

   洛倫茲力演示儀、電源、投影儀、投影片、多媒體輔助教學設(shè)備

                 教學活動

（一）引入新課

（復習提問）

（1）什么是洛倫茲力？  

（2）帶電粒子在磁場中是否一定受洛倫茲力？

（3）帶電粒子垂直磁場方向進入勻強磁場時會做什么運動呢？

今天我們來學習――帶電粒子在勻強磁場中的運動。

（二）進行新課

1、帶電粒子在勻強磁場中的運動

介紹洛倫茲力演示儀。如圖所示。

引導學生預測電子束的運動情況。

（1）不加磁場時，電子束的徑跡；

（2）加垂直紙面向外的磁場時，電子束的徑跡；

（3）保持出射電子的速度不變，增大或減小磁感應強度，電子束的徑跡；

（4）保持磁感應強度不變，增大或減小出射電子的速度，電子束的徑跡。

教師演示，學生觀察實驗，驗證自己的預測是否正確。

實驗現(xiàn)象：在暗室中可以清楚地看到，在沒有磁場作用時，電子的徑跡是直線；在管外加上勻強磁場（這個磁場是由兩個平行的通電環(huán)形線圈產(chǎn)生的），電子的徑跡變彎曲成圓形。磁場越強，徑跡的半徑越小；電子的出射速度越大，徑跡的半徑越大。

引導學生分析：當帶電粒子的初速度方向與磁場方向垂直時，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，當帶電粒子的初速度方向與磁場方向垂直時，粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動。

思考與討論：

帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動，其軌道半徑r和周期T為多大呢？

出示投影片，引導學生推導：

一帶電量為q，質(zhì)量為m ，速度為v的帶電粒子垂直進入磁感應強度為B的勻強磁場中，其半徑r和周期T為多大？如圖所示。

粒子做勻速圓周運動所需的向心力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

由①式可知，粒子速度越大，軌跡半徑越大；磁場越強，軌跡半徑越小，這與演示實驗觀察的結(jié)果是一致的。

由②式可知，粒子運動的周期與粒子的速度大小無關(guān)。磁場越強，周期越短。

 介紹帶電粒子在汽泡室運動的徑跡照片，讓學生了解物理學中研究帶電粒子運動的方法。

教師引導學生對結(jié)果進行討論，讓學生了解有關(guān)質(zhì)譜儀的知識。讓學生了解質(zhì)譜儀在科學研究中的作用。

2、回旋加速器

 引導學生閱讀教材有關(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)情況先由學生講解后老師再總結(jié)。

在講解回旋加速器工作原理時應使學生明白下面兩個問題：

（1）在狹縫A′A′與AA之間，有方向不斷做周期變化的電場，其作用是當粒子經(jīng)過狹縫時，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)是勻強磁場，其作用是當被加速后的粒子射入磁場后，做圓運動，經(jīng)半個圓周又回到狹縫處，使之射入電場再次加速。

（2）粒子在磁場中做圓周運動的半徑與速率成正比，隨著每次加速，半徑不斷增大，而粒子運動的周期與半徑、速率無關(guān)，所以每隔相相同的時間（半個周期）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。

（四）實例探究

☆帶電粒子在勻強磁場中的勻速圓周運動

【例1】一個負離子，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射入存在著勻強磁場的真空室中，如圖所示。磁感應強度B的方向與離子的運動方向垂直，并垂直于圖中紙面向里。

（1）求離子進入磁場后到達屏S上時的位置與O點的距離。

（2）如果離子進入磁場后經(jīng)過時間t到達位置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。

【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磁場，一個帶電粒子（不計重力），從A點以速度v₀垂直磁場方向射入磁場中，并從B點射出，∠AOB=120°，則該帶電粒子在磁場中運動的時間為_______

A．2πr/3v₀                                                    B．2πr/3v₀

C．πr/3v₀                                                      D．πr/3v₀

【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點垂直于磁場邊界射入寬度為d的勻強磁場中，電子離開磁場時的位置P偏離入射方向的距離為L，如圖所示。求勻強磁場的磁感應強度。（已知電子的質(zhì)量為m，電量為e）

學 生 活 動

作   業(yè)

完成P₁₀₈“問題與練習”第1、2、5題。書面完成第3、4題。

板   書   設(shè)   計

教 學 后 記