【文档说明】2021-2022高中物理人教版选修3-1教案：第三章第6节带电粒子在匀强磁中的运动3含答案.docx，共(8)页，3.558 MB，由小赞的店铺上传

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《带电粒子在匀强磁场中的运动》整体设计教学分析本节教材的内容属于洛伦兹力知识的应用，教科书采用了先实验探究，再理论分析与推导的顺序。这样的过程比较符合一般的认知规律，会降低学习的难度。但是，如果学生整体水平较高，就可以采用先理论分析，再实验验证的顺序，给学生提供较

高强度的思维训练。这样使学生既有思维能力训练，又有感性认识体验，在理论与实践的结合中体会到成功的喜悦，同时也进一步体会理论联系实践的研究方法。教学目标1．通过实验，知道带电粒子沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场会在磁场中做圆周运动，圆周运

动的半径与磁感应强度的大小和入射的速度的大小有关。2．通过理论分析，知道带电粒子沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场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公式和周期公式。3．能用学过的知识

分析、计算有关带电粒子在匀强磁场中受力、运动的问题，了解质谱仪和回旋加速器的工作原理。4．通过实验和理论探究、合作探讨，体会科学探究的乐趣。教学重点难点重点：理解轨道半径和周期。难点：带电粒子垂直射入匀强磁场做匀速圆周运动的成因。教学方法与手段以问题思考为先导，引导学生运

用原有所学的知识进行思考，再辅以实验仪器的演示探究，形成感性认识，再通过合作学习发动学生对带电粒子在磁场中的运动情况进行思考、讨论，进行理论探究，将带电粒子在匀强磁场中的运动的探究进行到底。课前准备教学媒体洛伦兹力演示仪、多媒体课件、微机。知识准备复习洛伦兹力的定义、洛伦

兹力的特点。教学过程导入新课[事件1]教学任务：设置疑问，导入新课师生活动：复习、设疑导入：设置思考问题，在复习上节所学内容的基础上思考问题，引入新课。引入新课：问题思考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.带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时会做什

么运动呢？学生搜索已学知识，陷入思考中。设计说明：问题的提出激发学生的好奇心和求知欲，使学生的注意力很快集中，进入探究的过程。推进新课[事件2]教学任务：带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时的运动轨迹探究。师生活动：洛伦兹力演示仪简介：1.电子束

有电子枪产生，玻璃泡内充有稀薄气体，当电子束通过玻璃泡时，可以显示电子的径迹。调节电子枪的加速电压可以改变电子的速度大小。2.励磁线圈在两线圈间产生匀强磁场，其方向与两线圈中心连线的方向平行。调节励磁线圈的电流，可以改变磁感应强度。观察并思考：不加磁场时，

电子束的径迹。【演示】不加磁场时，电子束的径迹。结论：不加磁场时，电子枪射出的电子不受外力作用，做匀速直线运动。【演示】给励磁线圈通电，在玻璃泡中产生沿两线圈中心方向、由内指向外的磁场时，电子束的径迹。观察并思考：给励磁线圈通电，在玻璃泡中产生沿两线圈中心方向、由内指向外的磁场时，电子束的径迹

会怎样？交流讨论：为什么会是匀速圆周运动？结论：洛伦兹力的方向与磁场方向垂直，在一个平面内，洛伦兹力方向与速度方向垂直，不改变速度的大小只改变速度的方向，所以做匀速圆周运动。[事件3]教学任务：实验探究圆周运动的半径与速度、磁感应强度的关系。师生活动：【演

示】保持电子枪的加速电压不变，即电子进入磁场的速度不变，改变励磁线圈的电流大小，即磁感应强度的大小，电子束的径迹。思考并讨论：圆周运动的半径与磁感应强度之间的关系如何？结论：磁感应强度越大，半径越小。【演示】保持励磁线圈的电流大小，即磁感应强度的大小不变，改变电子枪的加速电压即电子进入磁场的速

度，电子束的径迹。思考并讨论：圆周运动的半径与速度之间的关系如何？结论：速度越大，半径越大。[事件4]教学任务：理论探究圆周运动的半径运动周期与速度、磁感应强度的关系。师生活动：问题引导：一带电量为q，质量为m，速度为v的带电粒子垂直

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？思考并讨论：轨道半径如何推导？周期如何推导？参考推导：因为qvB＝mv2R，所以R＝mvqBT＝2πRv＝2πmqB设计说明：以洛伦兹力演示仪演示实验，先使学生形成感

性认识，再辅以理论的探究，这样的顺序符合一般的认知规律，会降低认知难度；若学生认识水平较高，可以先理论探究，再实验验证，这样提供较多的思维训练。[事件5]教学任务：“气泡室”照片解释师生活动【投影】展示“气泡室”照片观察思考：不同带电粒子的轨迹半径为什么不同，同一条轨

迹上为什么曲率半径会越来越小。结论：不同带电粒子的质量、速度、所带电荷量的多少不一样，所以半径不同；带电粒子在运动过程中能量降低，速度减小，所以曲率半径会越来越小，径迹呈螺旋形。[事件6]教学任务：质谱仪师生活动：思考与讨论：能否从气泡室中带电粒子的轨迹得

到启发设计一个仪器，将带电量和质量比值(比荷)不同、初速度几乎为零的带电粒子分开？可能思考：可以将这些带电粒子经过电场加速后射入磁场，根据带电粒子在匀强磁场中运动的半径不一样，从而可以将带电粒子分开。呈现例题：一个质量为m、电荷量为q

的粒子，从容器下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上，求：(1)求粒子进入磁场时的速率。(2)求粒子在磁场中运动的轨道半径。质谱仪设计说明：质谱仪的问题是带电粒子在磁场中的运动的

运用，它的出现采用学生先思考讨论进行设计再出现题目情景的办法，其主要目的是要让学生在合作交流和设计的过程中体会到成就感，设计的过程可以针对不同的学情给以提示，降低台阶，愉悦学习。[事件7]教学任务：回旋加速器师生活动：背景介绍：为什么要制

造加速器？在现代物理学中，为了探索原子核的结构和得到各种元素的同位素，研究人员需要大量的高能粒子去轰击原子核，由此研究制造出能在实验室里产生大量高能粒子的加速器。思考与讨论1：怎样才能使粒子加速？可能分析：利用电场加速，加速电压越高，粒子获得的能量就越大。【课件展示】普通加速器构造、原理思考

与讨论2：怎样才能获得高能粒子呢？参考分析：多级电场加速。【课件展示】多级加速器构造、原理。(加速装置要很长，占用空间很大。)多级加速器。各加速区的两板之间用独立电源供电，所以粒子从P2飞向P3，从P4飞向P5……时不会减速

。思考与讨论3：有何办法让带电粒子在加速后又转回来被第二次加速，从而节省空间？参考分析：让带电粒子经过磁场做圆周运动，从而可以第二次被加速。【课件展示】回旋加速器构造、原理图片回旋加速器的原理思考与讨论4：假如粒子每两

次经过盒缝的时间间隔相同，控制两盒间电势差的正负变换是比较容易的。但是粒子的运动越来越快，也许粒子走过半圆的时间间隔越来越短，这样两盒间电势差的正负变换就要越来越快，从而造成技术上的一个难题。实际情况是这样吗？图中，粒子每经过一次加速，它的轨道半径就大一些，这样画

对吗？利用带电粒子在匀强磁场中运动的知识，分别计算粒子运动的周期(绕圆运动一周的时间)与速度的关系和半径与速度的关系，就能回答这两个问题。讨论分析：由周期公式可知，粒子做圆周运动的周期与粒子运动速度和半径无关，所以不会发生变化

。思考与讨论5：带电粒子在D形盒内做圆周运动的周期与两D形盒所连接的高频交流电源的周期有什么关系？讨论分析：与交变电流的周期相同。思考与讨论6：带电粒子的最高能量与哪些因素有关？讨论分析：带电粒子做圆周运动的半径最大只能等于D形盒的半径，根据半径公式，粒子运动的最大速度v＝qBR/m，那么粒子获得

的最大能量为：E＝q2B2R2/2m设计说明：回旋加速器的问题，先是从加速器的制造意图开始介绍，进而介绍在科学发展的历史上的加速器的种类，从普通加速器开始，利用静电力做功增加离子的能量，电压越高，粒子增加的能量越大，遇到的难题是技

术上不能产生过高的电压；到为了满足时代需求出现的多级加速器，也就是直线加速器，缺点是加速设备很长；进而介绍到为了节约空间而巧妙设计的回旋加速器，将加速器“卷”起来；让学生在不断的递进中体会创造的快乐。回旋加速器的周期问题是难点同时也是最精彩的

地方，这里让学生通过合作交流来解决，在交流、争论的火花中体会回旋加速器的精妙所在，进一步体会带电粒子在匀强磁场中的圆周运动周期与速度无关在实际中的运用。关于回旋加速器的局限性，D形盒的半径不可能无限制增大，这一点学生很好理解，也能够想到，但另一个受到相对论的制约需有老

师针对学情加以介绍。课堂小结[事件8]教学任务：引导学生从知识、方法、情感三个侧面小结本节课的学习活动。布置作业1．复习本节教材。2．完成课本课后问题与练习。活动与探究课题研究霍尔效应1879年美国物理学家E.H.霍尔观察到，在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当

磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差(图甲)。后来大家把这个现象称为霍尔效应(Halleffect)，所产生的电势差称为霍尔电势差或霍尔电压。甲霍尔效应的原理乙霍尔元件霍尔电压与电流、

磁感应强度、长方体形导体的厚度都有关系。利用霍尔效应制成的元件称为霍尔元件。霍尔元件是一种重要的磁传感器。由于霍尔元件体积很小，它可以用来制作探测磁场的探头，还可以应用在与磁场有关的多种自动控制系统中。

根据你能看到的参考书、网上资料，以及所能找到的霍尔元件，进行以下研究。可以全面完成以下几个课题，也可以只完成其中的一两个部分，还可以自己设定其他研究课题。●推导霍尔电压与磁感应强度及其他物理量的关系●研究描述霍尔元件的主要参数●分析一个应用霍尔元件的

实例●利用霍尔元件制作一个自动控制装置或测量某个物理量设计说明本节课以探究和思考与讨论贯穿始终，这样的设计让学生在运用已学知识解决问题、获取新知识的过程中体会科学探究的乐趣。在带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时的运动探究

中，以问题为先导，再进行实验探究，在学生获得感性体验的基础上，进一步理论探究，这样降低学生的认知难度，激发学生的学习兴趣。在例题的处理中，先引导学生思考，再引入例题情景，使学生在自我的参与中体会乐趣。关于回旋加速器，在层层的问题引导下娓娓道

来，在学生的充分思考中，先出现普通加速器，再到多级加速器，最后到回旋加速器，既提供给学生足够的思维训练又使学生感到难度不大，在合作与探究的过程中体会学习的快乐。获得更多资源请扫码加入享学资源网微信公众号www.xiangxue100.com