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帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 質(zhì)譜儀
教學(xué)目標(biāo)
知識(shí)目標(biāo)
1、理解帶電粒子的初速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直時(shí)，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．
2、會(huì)推導(dǎo)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑、周期公式，并會(huì)用它們解答有關(guān)問題．
3、知道質(zhì)譜儀的工作原理．
能力目標(biāo)
通過推理、判斷帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的過程，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的邏輯推理能力．
情感目標(biāo)
通過學(xué)習(xí)質(zhì)譜儀的工作原理，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)先進(jìn)科技的發(fā)展，有助于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣．
教學(xué)建議
教材分析
本節(jié)重點(diǎn)是研究帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：半徑以及周期，通過復(fù)習(xí)相關(guān)力學(xué)知識(shí)，利用力于運(yùn)動(dòng)的關(guān)系突破這一重點(diǎn)，需要注意的是：
1、確定垂直射入勻強(qiáng)電場(chǎng)中的帶電粒子是勻速圓周運(yùn)動(dòng)；
2、帶電粒子的重力通常不考慮。
教法建議
由于我們研究的是帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況，研究的是磁場(chǎng)力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，因此教學(xué)開始，需要學(xué)生回憶相關(guān)的力學(xué)知識(shí)，為了引導(dǎo)學(xué)生分析推導(dǎo)粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的原因、規(guī)律，教師可以通過實(shí)驗(yàn)演示引入，讓學(xué)生認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，結(jié)合運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系分析原因，總結(jié)規(guī)律，積極思考、討論例題，對(duì)規(guī)律加深理解、提高應(yīng)用能力．最后通過例題講解，加深知識(shí)的理解．
教學(xué)設(shè)計(jì)方案
帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 質(zhì)譜儀
一、素質(zhì)教育目標(biāo)
（一）知識(shí)教學(xué)點(diǎn)
1、理解帶電粒子的初速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直時(shí)，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．
2、會(huì)推導(dǎo)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑、周期公式，并會(huì)用它們解答有關(guān)問題．
3、知道質(zhì)譜儀的工作原理．
（二）能力訓(xùn)練點(diǎn)
通過推理、判斷帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的過程，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的邏輯推理能力．
（三）德育滲透點(diǎn)
通過學(xué)習(xí)質(zhì)譜儀的工作原理，理解高科技的巨大力量．
（四）美育滲透點(diǎn)
用電子射線管產(chǎn)生的電子做圓周運(yùn)動(dòng)的精美圖像感染學(xué)生，提高學(xué)生對(duì)物理學(xué)圖像形式美的審美感受力．
二、學(xué)法引導(dǎo)
1、教師通過演示實(shí)驗(yàn)法引入，復(fù)習(xí)提問法引導(dǎo)學(xué)生分析推導(dǎo)粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的原因、規(guī)律．通過例題講解，加深理解．
2、學(xué)生認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，結(jié)合運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系分析原因，總結(jié)規(guī)律，積極思考、討論例題，對(duì)規(guī)律加深理解、提高應(yīng)用能力．
三、重點(diǎn)難點(diǎn)疑點(diǎn)及解決辦法
1、重點(diǎn)
帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑和運(yùn)動(dòng)周期．
2、難點(diǎn)
確定垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的帶電粒子運(yùn)動(dòng)是勻速圓周運(yùn)動(dòng)．
3、疑點(diǎn)
帶電粒子的重力通常為什么不考慮？
4、解決辦法
復(fù)習(xí)力學(xué)知識(shí)、引導(dǎo)同學(xué)利用力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系分析，討論帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況。
四、課時(shí)安排
1課時(shí)
五、教具學(xué)具準(zhǔn)備
演示用特制的電子射線管。
六、師生互動(dòng)活動(dòng)設(shè)計(jì)
教師先通過演示實(shí)驗(yàn)引入，再啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生用力學(xué)知識(shí)分析原因，推導(dǎo)規(guī)律，通過例題講解，學(xué)生思考和討論進(jìn)一步加深對(duì)知識(shí)的理解，提高學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。
七、教學(xué)步驟
（一）明確目標(biāo)
（略）
（二）整體感知
本節(jié)教學(xué)首先通過演示實(shí)驗(yàn)告訴學(xué)生，當(dāng)帶電粒子的初速度方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)這一結(jié)論，然后試著用力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系分析粒子為什么做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，再由學(xué)生推導(dǎo)帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑和周期，根據(jù)力學(xué)知識(shí)，重點(diǎn)是理解運(yùn)動(dòng)半徑與磁感應(yīng)強(qiáng)度、速度的關(guān)系；運(yùn)動(dòng)周期與粒子速率和運(yùn)動(dòng)半徑無關(guān)．
（三）重點(diǎn)、難點(diǎn)的學(xué)習(xí)與目標(biāo)完成過程
1、引入新課
上一節(jié)我們學(xué)習(xí)了洛侖茲力的概念，我們知道帶電粒子垂直磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)受到大小 ，方向始終與速度方向垂直的洛侖茲力作用，今天我們來研究一下，受洛侖茲力作用的帶電粒子是如何運(yùn)動(dòng)的？
2、粒子為什么做勻速圓周的運(yùn)動(dòng)？
首先通過演示實(shí)驗(yàn)觀察到，當(dāng)帶電粒子的初速度方向與勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，粒子的運(yùn)動(dòng)軌道是圓．
在力學(xué)中我們學(xué)習(xí)過，物體作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件是物體所受的合外力大小不變，方向始終與速度方向垂直．當(dāng)帶電粒子垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，通常它的重力可以忽略不計(jì)（請(qǐng)同學(xué)們討論），可看作只受洛侖茲力作用，洛侖茲力方向和速度方向在同一個(gè)平面內(nèi)，由于洛侖茲力方向總與速度方向垂直，因而它對(duì)帶電粒子不做功，根據(jù)動(dòng)能定理可知運(yùn)動(dòng)粒子的速度大小不變，再由 可知，粒子在運(yùn)動(dòng)過程中所受洛侖茲力的大小即合外力的大小不變，根據(jù)物體作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件得出帶電粒子垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，作勻速圓周運(yùn)動(dòng)．
3、粒子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑和周期公式
帶電粒子垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其向心力等于洛侖茲力，請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)牛頓第二定律，推導(dǎo)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)半徑和周期公式．
經(jīng)過推導(dǎo)得出粒子運(yùn)動(dòng)半徑 ，運(yùn)動(dòng)周期 。
運(yùn)用學(xué)過的力學(xué)知識(shí)理解，當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)速度較大時(shí)，粒子要離心運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)半徑增大，所以速度大，半徑也大；當(dāng)磁場(chǎng)較強(qiáng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)電荷受洛侖茲力增大，粒子要向心運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)半徑減小，所以磁感應(yīng)強(qiáng)度大，半徑小．由于帶電粒子運(yùn)動(dòng)速度大時(shí)，其運(yùn)動(dòng)半徑大，運(yùn)動(dòng)軌跡也長(zhǎng)，可以理解粒子運(yùn)動(dòng)的周期與速度的大小和軌道半徑無關(guān)．為了加深同學(xué)們對(duì)半徑和周期公式的理解，舉下面的例題加以練習(xí)．
�。劾�1］同一種帶電粒子以不同的速度垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，則可知
�。�1）帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的速度值有幾個(gè)？
（2）這些速度的大小關(guān)系為 ．
�。�3）三束粒子從O點(diǎn)出發(fā)分別到達(dá)1、2、3點(diǎn)所用時(shí)間關(guān)系為 ．
4、質(zhì)譜儀
首先請(qǐng)同學(xué)們閱讀課本上例題的分析求解過程，然后組織學(xué)生討論質(zhì)譜儀的工作原理．
（四）總結(jié)、擴(kuò)展
本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了帶電粒子垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的情況，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)演示和理論分析得出粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．并根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律得出粒子運(yùn)動(dòng)的半徑公式和周期公式．最后我們討論了它的一個(gè)具體應(yīng)用——質(zhì)譜儀．
但應(yīng)注意的是如果帶電粒子速度方向不是垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向時(shí)，帶電粒子將不再是作勻速圓周運(yùn)動(dòng)．
八、布置作業(yè)
（1）P156（1）～（6）
九、板書設(shè)計(jì)
五、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 質(zhì)譜儀
一、運(yùn)動(dòng)軌跡
粒子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)．
二、半徑和周期
運(yùn)動(dòng)半徑：
運(yùn)動(dòng)周期：
三、質(zhì)譜儀
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