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1、洛伦兹力与现代科技教学设计【教学目标】知识与技能1. 会综合运用电场和磁场知识研究带电粒子在两场中的受力与运动问题。2. 在原高二知何学习的基础上，深化理解速度选择器、质谱仪，回旋加速器等科技应用原理。过程与方法 1. 在新的问题情景中，在思考、探讨活动中，体会、感悟用基本物理知识解决科学研究中问题的方法。2. 通过在速度选择器、质谱仪、回旋加速器等背景下研究带电粒子在场中的运动，强化电场加速、磁场偏转的意义及相关仪器的设计思路。情感、态度与价值观 1.通过创设真实的、有研究意义的问题情境，激发学生探究问题的热情。 2.在解决问题的过程中，使学生进一步体验解决问题的基本分析方法。 3.通过对放
2、射性物质的研究，使学生领悟研究带电粒子在场中运动的实际意义，了解现代科技研究的发展近况。【教学重点】带电粒子在电场和磁场的受力与运动分析与现代科技应用的联系。【教学难点】 将实际问题转化为物理模型的研究方法。【教学方法】探究讨论、分析讲解、归纳运用。【教学资源】教材、PPT课件、有关视频资料。【教学过程】第一环节：简单对上节课的内容进行复习。然后结束微观粒子的探究过程：19世纪末二十世纪初的时候，科学界掀起了对微观粒子的研究,这也对测量仪器在微观尺度上提出了新的要求，一系列微观粒子测量仪器应运而生。第二环节：通过对问题1的探究和讨论，体会速度选择器选择的是粒子的速度并且提供了侧未知粒子速度的手
3、段，但不选粒子的质量、电量。 问题1带电粒子（带正电）q以一定速度垂直进入匀强电场和磁场区域，沿直线运动，如图所示。已知E、B、m、q，求沿直线通过场区的粒子的速度V?(不计重力）学生分析：电荷进入电场，受竖直向下的电场力作用、竖直向上的洛仑兹力的作用，二力平衡f洛=F电即Bqv=EqV=E/B讨论：1.若V E/B？ 学生讨论分析-f = qvB F = qE粒子向负极板偏转2.若V E/B？ 学生讨论分析-f = qvB F = qE粒子向正极板偏转3.若从右侧射入场区？学生讨论分析-F、f 同向，粒子向负极板偏转4.若为负电荷？ 学生讨论分析-匀速直线运动, V = E/B5.如果，我们
4、控制电场和磁场，使得一些粒子匀速直线通过场区，我们可以测得粒子的什么？问题：若我们在该装置前后各加一块挡板，让不同速度的带电粒子从前边挡板中小孔射入，经过匀强电场和磁场，只有其运动速度刚好满足f洛=F电的粒子运动轨迹不发生偏转，从第二块挡板上小孔中射出。改变匀强电场或匀强磁场的大小，就可以得到不同速度的带电粒子。这个装置就叫做速度选择器 。思考：这些分析说明，速度选择器在选择粒子时有什么特点？速度选择器只选择速度（大小、方向），而不选择粒子的质量和电量，且选择器的使用有方向性。思考：如果要测出粒子的质量与电量怎办呢？学生讨论。第三环节：通过对问题2的讨论分析，深化对研究方法的理解和掌握，在解决
5、实际问题的过程中感悟知识的运用价值。如图所示，通过速度选择器进入第二个磁场的粒子带什么电性？问题2粒子源可以发出各种不同的带正电粒子束，粒子从粒子源出来时速度很小，可以看做是静止的。经过加速电压U加速后进入磁感应强度为B1、电场强度为E的速度选择器，再垂直进入磁感应强度为B2匀强磁场，并沿着半圆周运动而到达照相底片上，测得落点到入口的距离为x。分析：粒子落点位置的有关因素？qU = mv2/2v = 2qU/mB1qv = qEV = E/B1B2qv = mv2/RR = mv/qB2X = 2R = 2mv/qB2 = 2mE/qB1B2学生思考讨论：1.这个结果说明了什么？2.若场确定，
6、测出X，那么我们实际上是测出了什么？3.若场确定，我们控制进入的粒子具有相同的电荷量，测出X，我们可以测量有关粒子的什么信息？研究发现，放射性元素从原子核里放出的粒子有带正点的氦的原子核、带负电的电子，原子核里怎能放出电子呢？思考：为了进一步研究原子核的组成及结构我们把它打碎，怎么打碎它呢？讨论：若希望粒子在有限的空间多次加速怎么办？第四环节：通过对问题3讨论，引出回旋加速器设计问题，在解决问题的过程中巩固用电场和磁场解决问题的方法。问题3放在中心靠近M板的离子源静止释放质量为m、电量为+q的粒子，此时M、N两板间电势差UM - UN = U0. 经过电场加速后，粒子从A1点进入D2盒内，在磁
7、场中做圆周运动到A2点又进入狭缝，此时M、N两板间电势差UM - UN = -U0调整交流电压的周期，使粒子每经过狭缝时都被加速,且加速电压为最大值U0.当粒子运动到D形盒的边缘时可从D形盒的开口处引出高速粒子.已知D型盒的半径为R，匀强磁场的磁感强度为B，不计粒子经过狭缝的时间。求 1. 交流电压的周期T。2. 粒子经加速器后获得的动能。3. 粒子在D形盒中运动的总时间。学生思考、分析推论1. 粒子做圆周运动的周期为一定值T = 2pm/qB粒子每经过半个周期即被加速一次，交流电的周期与粒子做圆周运动的周期相同T交 = T = 2pm/qB2.粒子做圆周运动的半径达到D型盒的半径R时，动能达
8、到最大qvB = mv2/Rv = qBR/mEk = mv2/2= q2B2R2/2m3.设粒子共经过n次电场加速，由功能关系得nqU0 = mv2/2-0n = mv2/2qU0= qB2R2/2mU0 粒子运动总时间 t = nT/2 = pBR2/2U0第五环节：通过观看视频、图片，了解科技发展的现状及历史，了解研究带电粒子的实际意义。观看视频：2008年9月朝闻天下，欧洲大型强子对撞机，给质子加速至接近光速对撞，研究宇宙形成和物质根源的奥秘。其外形结构如图。自古至今，科学家们一直不懈地对粒子进行着大量研究。几年诺贝尔物理学奖： 1936年：赫斯（奥地利）发现宇宙射线；安德森（美国）发现正电子 1937年：戴维森（美国）、乔治佩杰特汤姆生（英国）发现晶体对电子的衍射现象 1938年：费米（意大利 犹太人）发现由中子照射产生的新放射性元素并用慢中子实现核反应 1939年：劳伦斯（美国）发明回旋加速器，并获得人工放射性元素说明：对粒子的研究有它的社会意义和价值，即可认识宇宙的过去，又可预示宇宙的未来。小结：对粒子进行受力分析、运动分析，是解决粒子在场中运动问题的关键。如果同学感兴趣，我们可以查到更多的资料，了解对粒子研究的历史和进展，给我们的生活带来的变化。
