高中物理 《洛倫茲力的應(yīng)用》教案 魯科版選修3-1（通用）

第六章 第3節(jié) 洛倫茲力的應(yīng)用 一.     教學(xué)目標(biāo)1. 知識(shí)與技能：1) 理解洛倫茲力對(duì)粒子不做功。2) 理解帶電粒子的初速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直時(shí)，粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。3) 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)中的半徑、周期公式，并會(huì)用它們解答有關(guān)問(wèn)題。2. 過(guò)程與方法：1) 通過(guò)圖片的信息提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)力學(xué)知識(shí)推測(cè)：運(yùn)動(dòng)電荷垂直射入磁場(chǎng)后，可能做圓周運(yùn)動(dòng)。2) 進(jìn)一步通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，確認(rèn)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡是圓形。3) 通過(guò)學(xué)生的分析推導(dǎo)，總結(jié)歸納出運(yùn)動(dòng)電荷做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑、周期。3.  情感態(tài)度與價(jià)值觀(guān)： 通過(guò)講述帶電粒子在科技、生產(chǎn)與生活中的典型應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)、致力于科學(xué)研究的價(jià)值觀(guān)。二.     教學(xué)重點(diǎn)：1) 洛倫茲力是帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力來(lái)源。2) 帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期的推導(dǎo)。3) 解決磁場(chǎng)中圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的一般方法：著重把握“一找圓心，二找半徑三找周期或時(shí)間的規(guī)律。三.     教學(xué)難點(diǎn)：正確理解和掌握帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的分析方法。四.     教學(xué)用具：環(huán)形線(xiàn)圈、投影儀、投影片五.     課型：新課六.     教學(xué)過(guò)程1、復(fù)習(xí)引入：如圖所示：師：導(dǎo)入圖片一極光。圖片二：磁流體船。分析：這些現(xiàn)象的原因?qū)嶋H上跟帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)有關(guān)。當(dāng)電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，有什么規(guī)律？這就是我們這節(jié)課要探究的內(nèi)容。物理上公式的推導(dǎo)，定律的得出一般都是從最簡(jiǎn)單入手。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們研究的是帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，且只受洛倫茲力作用。探究一：帶電粒子以一定的初速度v進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在只受洛倫茲力的條件下，有幾種情況？（分組討論）1）、若帶電粒子的速度方向與磁場(chǎng)方向平行（相同或相反），粒子做什么運(yùn)動(dòng)？生：帶電粒子以入射速度做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。2）、若帶電粒子垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入磁場(chǎng)，猜想軌跡。帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其初速度v與磁場(chǎng)垂直，根據(jù)左手定則，其受洛倫茲力的方向也跟磁場(chǎng)方向垂直，并與初速度方向都在同一垂直磁場(chǎng)的平面內(nèi)，所以粒子只能在該平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。說(shuō)明：垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的帶電粒子，它的初速度和所受洛倫茲力的方向都在跟磁場(chǎng)方向垂直的平面內(nèi)，沒(méi)有任何作用使粒子離開(kāi)這個(gè)平面，所以粒子只能在這個(gè)平面運(yùn)動(dòng)。該運(yùn)動(dòng)電荷所受的洛倫茲力不僅與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，而且與速度方向垂直。表明，洛倫茲力不對(duì)粒子做功，它不改變粒子的速率，只改變粒子的運(yùn)動(dòng)方向。由此可以推測(cè)運(yùn)動(dòng)電荷垂直射入磁場(chǎng)后，做圓周運(yùn)動(dòng)。（3）、帶電粒子速度方向既不平行也不垂直磁場(chǎng)方向，粒子做什么運(yùn)動(dòng)生：螺旋線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。如何處理這種運(yùn)動(dòng)？生：運(yùn)動(dòng)的分解方法。平行磁場(chǎng)方向（做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)），垂直磁場(chǎng)方向（做勻速圓周運(yùn)動(dòng)）。2、實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證）觀(guān)察帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)洛倫茲力演示儀。先介紹洛倫茲力演示儀。然后探究軌跡及半徑、周期。運(yùn)動(dòng)軌跡的描繪可知：運(yùn)動(dòng)電荷垂直射入磁場(chǎng)后，該運(yùn)動(dòng)電荷做在垂直磁場(chǎng)的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。問(wèn)：向心力由什么力提供？生：洛倫茲力。說(shuō)明：1）、洛倫茲力總是跟帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向垂直，它只改變粒子運(yùn)動(dòng)的方向，不改變粒子速度的大小，所以粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的速率是恒定的，這時(shí)洛倫茲力的大小也是恒定的。運(yùn)動(dòng)電荷垂直射入磁場(chǎng)后，該運(yùn)動(dòng)電荷做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。2）、洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)粒子起著向心力的作用，因此粒子的運(yùn)動(dòng)一定是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力對(duì)粒子不做功。問(wèn)：帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與哪些因素有關(guān)？生：A：初速度B：磁感應(yīng)強(qiáng)度B實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：控制變量法。通過(guò)改變電場(chǎng)兩極板的電壓來(lái)改變V0的大小。通過(guò)改變勵(lì)磁電流的大小來(lái)改變磁場(chǎng)B的大小。（設(shè)問(wèn)思考方案驗(yàn)證）得出結(jié)論：粒子半徑與V0及B有關(guān)。3、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律一帶電粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q，速率為v，它在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r有多大呢？問(wèn)：1）、解：粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力是由粒子所受的洛倫茲力提供的， 所以，進(jìn)而由學(xué)生自己推出強(qiáng)調(diào)：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的帶電粒子，它的軌道半徑跟粒子的運(yùn)動(dòng)速率成正比，跟磁感應(yīng)強(qiáng)度成反比。運(yùn)動(dòng)的速率越大，軌道的半徑也越大。磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，軌道半徑越小。周期公式：強(qiáng)調(diào)：T的大小與軌道半徑R和運(yùn)行速率v無(wú)關(guān)，而只與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和粒子的荷質(zhì)比有關(guān)。4、帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心、半徑及運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定。1）圓心的確定，因?yàn)槁鍌惼澚指向圓心，根據(jù)，畫(huà)出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡中任意兩點(diǎn)（一般是射入和射出磁場(chǎng)的兩點(diǎn)）的F的方向，其延長(zhǎng)線(xiàn)的交點(diǎn)即為圓心。例題：如圖示，一束電子以速度v0垂直界面射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 、寬度為d 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，穿過(guò)磁場(chǎng)后的速度方向與電子射入磁場(chǎng)時(shí)的速度方向夾角為30°，則電子的質(zhì)量為多大？穿過(guò)磁場(chǎng)所需要的時(shí)間是多少？法二：或射入磁場(chǎng)和射出磁場(chǎng)的兩點(diǎn)間弧的垂直平分線(xiàn)與一半徑的交點(diǎn)即為圓心。2） 半徑的確定和計(jì)算，半徑的計(jì)算一般是利用幾何知識(shí)，常用解三角形的方法。3） 在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定，利用圓心角與弦切角的關(guān)系，或者是四邊形內(nèi)角和等于計(jì)算出圓心角的大小，由公式可求出運(yùn)動(dòng)時(shí)間。4） 幾個(gè)有關(guān)的角及其關(guān)系：如圖所示，粒子做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，為粒子速度的偏向角，粒子與圓心的連線(xiàn)轉(zhuǎn)過(guò)的角度為回旋角（圓心角），AB弦與切線(xiàn)的BAv夾角為弦切角，它們o的關(guān)系為：，與v相鄰的弦切角互補(bǔ)。5、小結(jié)：一、在只受洛倫茲力作用下1、若帶電粒子的速度方向與磁場(chǎng)方向平行（相同或相反），帶電粒子以入射速度做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。2、若帶電粒子的速度方向與磁場(chǎng)方向垂直，帶電粒子在垂直與磁感線(xiàn)的平面內(nèi)，以入射速率做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。3、若帶電粒子速度方向既不平行也不垂直磁場(chǎng)方向，帶電粒子做螺旋線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。二、軌道半徑、周期公式：向心力公式：軌道半徑公式：周期公式：三、帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心、半徑及運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定方法。 板書(shū)設(shè)計(jì)一、 在只受洛倫茲力作用下帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況。二、 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑、周期公式推導(dǎo)。三、 帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心、半徑及運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定方法。說(shuō)課：一.     教學(xué)目標(biāo)1. 知識(shí)與技能：4) 理解洛倫茲力對(duì)粒子不做功。5) 理解帶電粒子的初速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直時(shí)，粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。6) 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)中的半徑、周期公式，并會(huì)用它們解答有關(guān)問(wèn)題。3. 過(guò)程與方法：1) 通過(guò)圖片的信息提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)力學(xué)知識(shí)推測(cè)：運(yùn)動(dòng)電荷垂直射入磁場(chǎng)后，可能做圓周運(yùn)動(dòng)。2) 進(jìn)一步通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，確認(rèn)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡是圓形。3) 通過(guò)學(xué)生的分析推導(dǎo)，總結(jié)歸納出運(yùn)動(dòng)電荷做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑、周期。3.  情感態(tài)度與價(jià)值觀(guān)： 通過(guò)講述帶電粒子在科技、生產(chǎn)與生活中的典型應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)、致力于科學(xué)研究的價(jià)值觀(guān)。二. 教學(xué)重點(diǎn)：1) 洛倫茲力是帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力來(lái)源。2) 帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期的推導(dǎo)。3) 解決磁場(chǎng)中圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的一般方法：著重把握“一找圓心，二找半徑，三找周期或時(shí)間”的規(guī)律。三.     教學(xué)難點(diǎn)：正確理解和掌握帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的分析方法。四、教學(xué)方法：自主探究。學(xué)生已經(jīng)掌握的內(nèi)容：1) 洛倫茲力的大小、方向的判斷，以及洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功。2) 勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑、周期、向心力公式及特點(diǎn)。本節(jié)課要完成的內(nèi)容：1) 洛倫茲力是帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力來(lái)源。2) 帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期的推導(dǎo)。3) 解決磁場(chǎng)中圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的一般方法：著重把握“一找圓心，二找半徑，三找周期或時(shí)間”的規(guī)律。本節(jié)課的地位：為今后處理復(fù)合場(chǎng)埋下伏筆。