高中物理 带电粒子在磁场中的运动教学设计 新人教版选修3.docx

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高中物理带电粒子在磁场中的运动教学设计新人教版选修3

2019-2020年高中物理带电粒子在磁场中的运动教学设计新人教版选修3

尊敬的各位领导、老师：

大家好，我是新林一中高二组物理教师韩力群。

今天我说课的内容是全日制普通高级中学物理教科书第二册第十五章《磁场》中的第五节课《带电粒子在磁场中的运动质谱仪》，下面以下几个方面对这节课的教学设计进行阐述分析。

首先我说说这节课设计理念

根据新课程的理念，借鉴新的教学经验，注重学生学习方式的转变，使学生学会把握信息，寻找规律，系统归纳知识，从而达到提高学习效率的目的。

二、说教材分析

教材的地位和作用：

本节课是高二电磁部分的重点章节之一，在历届高考命题中特别是综合计算题部分屡次出现，这是本章教学中不可忽视的一个重要环节。

在教学大纲中“带电粒子在磁场中的运动”为B级要求，“质谱仪”为A级要求。

本节课的理论基础是“力学部分曲线运动知识尤其是匀速圆周运动相关内容和前一节洛仑兹力相关内容”。

因此这一节既是力学部分和电磁学部分旧知识的回忆复习，又是将这两部分有机整合进行全新理论的构建过程。

通过本节学习，学生一方面加强了洛仑兹力作用特点的认识以及匀速圆周运动向心力概念的把握，另一方面将两者结合最终得出带电粒子在磁场中的运动规律，学生能够充分体会到物理知识的联系性和规律性，这不仅有助于他们学会知识，而且使他们会学知识，学好本节内容将增强学生科学素质，能为今后进一步更好地掌握学习方法打下基础。

教材的处理：

依托教材，灵活补充，增加从网上下载的质谱仪、回旋加速器等相关知识，拓宽学生知识面，提高学生学习兴趣。

三、说学情分析（从学生已有知识和经验　学生可能遇到的困难）

高二学生已有一定的阅读、分析、归纳概括的能力，总体上学生已经学习了匀速圆周运动内容，能够计算关于圆周运动向心力、半径、周期等问题，在本章前面部分，业已学习过运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力的大小计算、方向判定。

但学生学习水平各异，基础掌握参差不齐，对知识点的掌握缺乏系统性，学生分析问题解决问题的能力还不是很全面，因此本节中“命题求解的思路”对于学生来说是需要重点加强掌握的。

针对以上情况，结合教材和设计理念，确定以下教学目标。

四、说教学目标、教学重、难点设计

1.教学目标：

（一）知识与技能

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、会推导带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，并会用它们解决有关问题

③、知道质谱仪的工作原理

（二）过程与方法

①、通过回忆洛伦兹力方向与观察演示课件相结合分析培养学生透过现象抓住内在本质联系的洞察能力

②、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分析推理能力。

（三）情感态度与价值观

质谱仪将基本的带电粒子在磁场中运动规律直接推至科研最前沿——同位素的分析测定，让学生亲身体会到物理知识对于人类认识与改造世界过程中所起的巨大作用，有助于培养学生对物理的学习兴趣。

（四）美育渗透点（由于带电粒子在磁场中运动轨迹精美，本节课可以对学生进行美育渗透。

）

用《仿真物理实验室》软件演示粒子在磁场中做各种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。

2.教学重点与难点：

教学重点

带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期公式，并能用来分析有关问题。

教学难点

本节难点为①确定垂直进入匀强磁场中的带电粒子运动是垂直磁场平面上的匀速圆周运动，

②综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子运动的问题。

设为难点　其原因主要是①中，学生对向心力与匀速圆周运动认识的生疏遗忘以及缺乏左手定则与空间想象力的结合能力；而在②中，动量与能量关系本身就是学生感到繁杂的知识点，再与本节课的新知识相结合，更加成为学生难以掌握的一道坎。

（本节课设有一个疑点）

带电粒子的重力通常为什么不考虑？

（由学生发现探讨解决）

五、说教法、学法设计

教法：

本节课从研究带电粒子在电场中运动情况与磁场中运动情况对比入手，采用启发式教学与发现法想结合，引导学生自己一步步得出带电粒子在磁场中的运动轨迹情况，并辅以直观演示法与分析归纳法等综合教学方法，使学生建立猜想——观察——分析——推理——归纳——应用这一学习流程。

学法：

对学生进行科学发现流程化的学法指导，使他们建立科学、合理、有效的学习体系。

学生认真观察实验现象，结合运动和力的关系分析粒子做匀速圆周运动的原因，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．

六、说教学手段

教学手段只是课堂教学的辅助部分，因此力求实用、科学合理，适合本课特点，因此用实物投影仪增大课堂容量、提高课堂效率，利用多媒体课件展示带电粒子在磁场中的各种运动，特别是通过《仿真物理实验室》软件很容易模拟不同质量、电量、电性的粒子的运动，直观易于接受，很好突破难点。

用质谱仪、回旋加速器等图片增加学生学习兴趣。

七、说教学流程

（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。

1、新课引入（本节课我设计两个高题导入，问题１复习巩固旧知识为本课做铺垫）

（1）.首先引导学生回顾带电粒子在匀强磁场中所受洛仑兹力的大小及方向,知道大小 F洛=qvB，方向则根据左手定则判断（始终垂直于速度方向）

问题２

（2）.设计两种情况下带电粒子运动轨迹：

①垂直进入匀强电场②垂直进入匀强磁场，比较各自运动情况

多数学生等很快从旧知识中得出在垂直进入匀强电场情况下，粒子做类似于平抛运动，而对于情况②垂直进入匀强磁场，部分学生根据则根据“洛仑兹力方向垂直于v方向”的结论立刻回答②中粒子也做类似平抛运动，另一部分学生则表现为犹豫不决。

教师在此不管学生回答正确与否都应马上追问：

为什么？

引导学生思考，并最终推翻原来学生错误结论。

但留下疑问，②中粒子究竟应该如何运动？

2、观察演示实验：

（1）利用《仿真物理实验室》软件模拟带电粒子在电场、磁场中运动，

（2）洛仑兹力演示仪（先介绍洛伦兹力演示仪的工作原理，由电子枪发出的电子射线可以使管内的低压水银蒸气发出辉光，显示出电子的径迹。

并说明相关问题160-161页）

［实验现象］在电场中粒子轨迹是抛物线，在磁场中轨迹弯曲成圆形。

洛仑兹力演示仪中可以清楚地看到，在没有磁场作用时，电子的径迹是直线；在管外加上匀强磁场（这个磁场是由两个平行的通电环形线圈产生的），电子的径迹变弯曲成圆形。

由此解答了学生刚才在情形②中所留问题。

但接下来就是解决为何轨迹为圆形的问题。

也就是引入本课的重、难点。

3、突出重点，化解难点

（1）.轨迹问题

先设计下列一组设问，引导学生思考

①F洛在什么平面内？

它与v的方向关系如何？

先提醒学生利用左手定则回答，并要求考虑在一系列连续的变化过程中，两者之间的联系和变化情况，最后教师用受力分析和几何作图详细阐明这一过程，帮助学生化解此出难点

②F洛对运动电荷是否做功？

提醒学生利用做功知识来考虑

③F洛对运动电荷起何作用？

提醒学生在回答时将此作用与向心力对做匀速圆周运动物体所起的作用进行类比

④带电粒子在磁场中的运动具有什么特点？

提醒学生利用向心力与匀速圆周运动知识来回答

带电粒子在磁场中的运动轨迹这一重点就在教师精心设计引导下由学生自行解决

（2）.半径公式与周期公式

设问：

带电粒子做匀速圆周运动时什么力作为向心力?

学生答：

F向=F洛=qvB

设问：

向心力与速度、半径关系?

学生答：

F向=mv2/r

继续推导得出：

qvB=mv2/r→r=mv/qB，即半径公式，鼓励学生试着推导周期公式，结合前面已得的半径公式，学生不难得出T=2πm/qB，即周期公式。

半径公式与周期公式的实际问题应用设计下列几点讨论:

①质量不同电量相同的带电粒子，若以大小相等的动量垂直进入同一匀强磁场，它们的轨道半径关系如何？

②质量不同电量相同的带电粒子，若以大小相等的能量垂直进入同一匀强磁场，它们的轨道半径关系如何？

③在同一磁场中做半径相等的圆周运动的氢、氦原子核，哪个运动速度大？

④同一带电粒子，在磁场中做圆周运动，当它的速率增大时，其周期怎样改变？

通过上述讨论可在加速学生对于两个公式应用的熟练掌握同时解决能量和动量在其中的应用关系。

（3）质谱仪

先安排课本P162例题作为学生过渡性练习，再举一道例题：

［例2］当氢的三种同位素如氕（）、氘（）、氚（）以相同的速度进入同一匀强磁场，求它们的轨道半径比?

（电脑课件显示）

引导学生分析出氕（）、氘（）、氚（）的运动半径不一样

如果有一种仪器能够利用这一原理把几种同位素从同一入口飞入，从不同入口飞出的话，就检测出某一束粒子中是否含有同位素了，如果有，若能准确测量出每一种同位素的运动半径，就能够准确测定同位素的原子量了，利用这一原理制造出的一种仪器叫做质谱仪

以此例帮助学生加深对质谱仪原理和功用的认识。

4、反馈练习，巩固知识

为使学生所学知识具有稳定性，并使知识顺利迁移。

本堂课安排两道习题进行巩固练习，课堂练习的的安排应遵循由易及难，循序渐进的的教学原则。

其中例3是对周期公式的简单应用，目的在于熟练运用相关知识，例4则是在此基础上更进一步，将较复杂的粒子偏转的平面几何知识与周期公式和半径公式相结合，使学生思维想纵深化发展。

［例3］一带电粒子在匀强磁场中作匀速圆周运动，运动周期为2π×10-5s.已知匀强磁场的磁感应强度为0.8T，则该粒子的质量与其电量的比值为多少？

［例4］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O点出发分别到达1、2、3点

所用时间关系为　　　。

5、总结、扩展

本节课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。

（感兴趣同学可深入探讨）

6、布置作业P163

（1）～（5）

八、说教学板书

板书如下：

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

九、教学反思与后记

教学后记：

本节课的内容是高考的热点之一，不仅要求学生有很强的分析“力和运动关系”的能力，还要求学生有一定的平面几何的知识，在教学中要多给学生思考的时间。