物理教案带电粒子在磁场中的运动 质谱仪.docx
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物理教案带电粒子在磁场中的运动质谱仪
物理教案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.
--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、时安排
1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
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)P16
(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