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1、带电粒子在磁场中的运动质谱仪说课稿一、教材分析1.教材的地位和作用：磁场一章讲述电磁关系中基本概念之一的磁场以及磁场与带电物体之间的力 学联系，是高中电磁部分的重点章节之一，而本节课则又是此章的重中之重，在 历年高考命题中特别是综合计算题部分每年都出现，而且分值很大，是本部分教 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 匀速圆周运动和向心力相关内容以及前一节洛仑兹力概念和特点等内容。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
2、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 光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。2教学目标： 知识目标 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 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 知道质谱仪的工作原理能力目标： 通过回忆洛仑兹力方向与观察演示实验一一带电粒子轨迹特点相结合分析培养 学生透过现象抓住内在本质
3、联系的洞察能力 通过引导学生建立向心力与洛仑兹力等量关系使其自行推导周期半径公式培养 学生逻辑推理能力情感目标：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一一同位素的分 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，这将鼓励学生树立远大理想，使他们充满信心地在科学海洋中畅游。3.教学重点与难点：重点： 带电粒子垂直进入匀强磁场作何种运动，以及此运动特点和产生原因半径与 周期公式在处理问题中的运用 质谱仪工作原理难点：本节难点为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，半径公式与周期公式和粒子能量等结合应用。其原因主要是中
4、， 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；在中，能量关系本身就是学生感到繁复的知识点，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。教法与学法设计教法：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 观察分析推理一一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 学习体系二、教学程序设计1.课题引入a. 首先引导学生回顾带电粒子在匀强
5、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）。b. 设计两种情况下带电粒子运动轨迹：垂直进入匀强电场垂直进入匀强磁 场，比较各自运动情况多数学生等很快从旧知识中得出在情况下，粒子做类似于平抛运动，而对于情 况，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，中粒子究竟应该如何运动？2观察演示实验：带电粒子在磁场中的运动洛仑兹力演示仪当没有磁场作用时，电子轨迹为一直线
6、，而一旦加上垂直于电子速度方向的磁场 时，发现电子轨迹为圆形。由此解答了学生刚才在情形中所留问题。但接下来 就是解决为何轨迹为圆形的问题。本实验操作简单，效果明显，但应注意为便于 学生观察，必须要降低周围环境光线，对于实物投影仪等设备要加以利用，这能 有助于多数学生观察到明显现象。3.突出重点，化解难点a.轨迹问题先设计下列一组设问，引导学生思考 F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 F洛对运动电荷是否做功 提醒学生利用做功知识来考
7、虑 F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 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b. 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=尸洛=4设问：向心力与速度、半径关系学生答：F向=mv/r继续推导得出：qvB= mv2/r f 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=2nm/qB，即周期公式。半径 公式与周期公式的实际问题应用可设计下列几
8、点讨论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？ 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？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？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。c. 质谱仪先安排课本P155例题作为学生过渡性练习，再介绍例题中所示仪器即为质谱 仪，分析其工作原理，再举一例：当氢的三种同位素氕、氘、氚以相同的速度进 入同一匀强磁场，如图4,
9、求它们的轨道半径比 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。例1，一带电粒子在匀强磁场中作匀速圆周运动，运动周期为2nxl0-5s.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2，如下 图所示，在正方形abed范围内，有方向垂直纸面向里的匀强磁场，电子各以不同 的速率，都从a点沿ab方向垂直磁场方向射入磁场，其中速率为vl的电子从e 点沿be射出，速率为v2的电子从d点沿ed方向射出。不计重力，两电子()(
10、A) 速率之比v1/v2=2 2(B) 在磁场中运行的周期之比T1/T2=1/2(C) 在磁场中运行的时间之比t1/t2=1/2其中例1是对周期公式的简单应用，目的在于熟练运用相关知识，例2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。5.总结与布置作业总结本堂课三大重点，其过程可由学生自己操作，布置作业：课本第十六章练习 四三、课外拓展(2011年高考试题)25.(18分)扭摆器是同步辐射装置中的插入件，能使粒子的运动轨迹发生扭 摆。其简化模型如图1、11两处的条形均强磁场区边界竖直，相距为L,磁场方向 相反且垂直纸面。一质量
11、为m、电量为-q、重力不计的粒子，从靠近平行板电容 器MN板处由静止释放，极板间电压为U,粒子经电场加速后平行于纸面射入I 区，射入时速度与水平和方向夹角0=30 (1) 当I区宽大小B1=B0时，度L1=L、磁感应强度粒子从I区右边界射出时速度与水平方向 夹角也为30。，求B0及粒子在I区运动的时间tO(2) 若II区宽度L2=L1=L磁感应强度大小B2=B1=B0，求粒子在I区的最高点 与II区的最低点之间的高度差h(3) 若L2=L1=L、B1=B0，为使粒子能返回I区，求B2应满足的条件若B1B2,L1L2,且已保证了粒子能从II区右边界射出。为使粒子从II区 右边界射出的方向与从I区左边界射出的方向总相同，求B1、B2、L1、L2、 之间应满足的关系式。
