教学设计
教学主题
带电粒子在匀强磁场中的运动.ppt
一、教材分析
本节课是人教版高中物理选修3-1磁场的内容，是安培力的微观细化，又是后面学习带电体在磁场中运动的基础，是与力学进行综合的完美切入点。本节课中编者通过实验探究和理论推导两种途径让学生去学习、理解洛伦兹力，进一步让学生体验深层次的的科学探究的方法。
二、学生分析
在思维方法方面，已具备了一定的探究能力、逻辑思维能力及推算能力。但是由于日常生活中我们无法用肉眼观察到运动电荷，学生对电荷在磁场中的运动缺乏感性认知。而我们的学生习惯于形象思维，对微观的物理知识意识较薄弱，知识的系统性也不足。
三、教学目标
◆知识与技能：
（1）会用左手定则判断洛伦兹力的方向；
（2）会计算洛伦兹力的大小；
（3）知道电视显像管的基本构造以及它工作的基本原理。
◆?????过程与方法：
（1）通过对安培力微观本质的猜测，提出洛伦兹力的概念；
（2）通过分组实验对洛伦兹力的方向、判定方法进行探究，培养学生的观察能力
（3）通过推导洛伦兹力的公式，培养学生的逻辑推理能力。
◆情感态度与价值观：
（1）让学生领悟到从生活中获取知识，然后把知识应用到生活
（2）让学生认真体会科学研究最基本的思维方法:“观察—猜想—实验验证”。
四、教学环境
□简易多媒体教学环境???□交互式多媒体教学环境???□网络多媒体环境教学环境???□移动学习? ?□其他
五、信息技术应用思路（突出三个方面：使用哪些技术？在哪些教学环节如何使用这些技术？使用这些技术的预期效果是？）200字
多媒体 信息技术，应用多媒体展示授课思路，学生能够清楚明确本节课学习目标，学习环节。用多媒体展示视频，学生能都直观的了解实验现象，增强课堂的生动性和趣味 性。让课堂充满活力，好多问题学生不再一味的空想，能够看到实际情况。多媒体展示学生案例，能够让同学们相互改进，提出不足。
六、教学流程设计（可加行）
教学环节
（如：导入、讲授、复习、训练、实验、研讨、探究、评价、建构）
教师活动
学生活动
信息技术支持（资源、方法、手段等）
导入
提出问题：
1、从宇宙深处射来的带电粒子为什么只在地球的两极引起极光？
2、电视显像管的电子只是细细的一束，为什么能使整个屏幕发光？
过渡：解开这些问题的钥匙就是本节课要学习的磁场对运动电荷的作用力
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根据提出的两个问题，吸引学生的注意力，引起他们的思考。带着思考进入新课学习。
多媒体，PPT
知识回顾
提问：
1、什么是安培力，表达式是什么？
2、如何判断安培力的的方向
3、电流是如何形成的？
电流的微观表达式是什么
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过渡：磁场对通电流有安培力的作用，电流是运动电荷定向移动形成的，那磁场对电流的作用力可能是作用在什么上呢？荷兰物理学家洛伦兹早在1895年就提出了这一观点，为纪念他的杰出贡献，人们把磁场对运动电荷的作用力命名为洛伦兹力。
板书：1、洛伦兹力
学生根据上一节课的学习，伸出左手进行判断，第1个问题中安培力的方向分别为：竖直向下、垂直于导体棒斜向上；
安培力的大小为：
?F=BILsinθ??θ为导体棒与电流的夹角
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学生思考后回答：?1、电荷的定向移动形成电流
2、电流的微观表达式I=nqsv
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PPT
引入洛伦兹力的概念
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讲解：洛伦兹力是磁场对一个一个电荷的作用力，而安培力是磁场对整个通电导线的作用力，这两个力有什么关系呢？
微观上，磁场对每一个电荷都有力的作用，而每一个运动电荷所受洛伦兹力的总和宏观上表现为安培力，所以，洛伦兹力是安培力的微观本质。
板书：F安—F洛
根据老师的提示，明白安培力和洛伦兹力的关系。
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实验探究洛伦兹力的方向
实验：
（介绍仪器）结合实物图，结合课件介绍阴极射线管：这是一个抽成真空的阴极射线管，接上高压电源，从阴极发射出电子束通过狭缝后，打在长条形的荧光屏上发出荧光，以显示出电子的运动径迹。
让学生提出猜想：1、无磁场时，电子束运动情况
2、有磁场时，电子束的轨迹变化情况如何
3、磁场方向不同，偏转方向有无变化？
（实验操作）
1打开感应圈右侧电压开关，让学生观察电子束的径迹，立即关闭电源。在导学案上记下电子束的受力方向。注意实验过程不要碰触金属部分，防止触电。
下面开始分组试验：
板书：F?⊥?v?，F⊥B
判定方法：左手定则
让学生结合实物图课件，明白阴极射线管的工作原理。
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让学生通过试验观察，说出：1、无磁场时，电子束的径迹是一条直线；
2、有磁场时电子束发生了弯曲；
3、磁场方向不同，偏转方向不同。
引导学生思考回答：
洛伦兹力的方向特点；判定方式。
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阴极射线管 、小组合作
探究洛伦兹力的大小
若有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q，定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中。如何求每个电荷所受到的洛伦兹力？
投影展示：
用投影展示学生的书面推导
继续引导：
1、v=0时洛伦兹力大小，说明对静止的电荷无作用力，对运动的电荷是否就一定有作用力。
2、如果磁场方向与速度的方向不垂直怎么办？
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板书：
3大小：F=qvB（v⊥B）
理解：1、若v//B，F是多少？2、v和B不垂直，F表达式？
思考：洛伦兹力改变不改变电荷的速度大小？
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过渡：利用上面的学习尝试解释一下极光问题。
停顿、让学生自主思考讨论，口述推导的思路
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学生推导探究：让学生自己把推导过程写在纸上。
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让这位同学上台给大家讲一下，其余学生观察，看自己做得对不对，以及自己有没有犯类似的错误。
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引导学生回答：计算安培力时就得多乘一个sinθ，相应得推出来的洛伦兹力的公式要加一个sinθ，并让学生指出θ是磁场方向与速度方向的夹角
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引导学生回答：
若v⊥B，F=qvB
若v//B, F=0
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引导学生回答：磁场对静止的电荷没有作用力，因为v=0；洛伦兹力对带电粒子不做功，因为洛伦兹力始终与速度垂直
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投影仪
应用规律，成功体验
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1.分析极光为什么只在两极引起？
极光是由于宇宙中的高能带电粒子流进入地球南北两极大气层和其附近空气碰撞，夜间会出现灿烂美丽的光辉。
而地磁场对地球起到了一种保护的作用。
练习题
2、视显像管：
思考与讨论：
（1）电子枪发射出电子向右运动，要使它向上偏转打在A点，应加什么方向的磁场？（若打在B点呢？）
（2）如何使电子束从A点逐渐向B点移动呢？
（3）如何使粒子水平向里或向外偏转呢？
（4）为什么可以全屏发光呢？
（5）介绍使电子束发生偏转的线圈叫做偏转线圈
学生自己审题分析，自主完成解题过程。
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让学生观看电视显像管的实物，了解他的结构
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引导学生回答：
1垂直于纸面向外（方法类似 垂直于纸面向里）
2使垂直于纸面向外的磁场逐渐减小，然后变成垂直于纸面向里的磁场，逐渐增大
3施加竖直方向的磁场
4偏转区施加的磁场大小和方向不断变化，因此打在荧光屏上的光点不断移动而且移动非常快。所以我们感到整个荧光屏都在发光。
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七、教学特色（如为个性化教学所做的调整，为自主学习所做的支持、对学生能力的培养的设计，教与学方式的创新等）200字左右
本节课我的设计理念是按照学生获取知识的一般规律，提供跟本节课的有重大关联的极光、电视显像管的信息，引导学生产生探究的兴趣紧紧围绕让学生带着思考、以科学的方法自主地探究出所学内容这一模式展开教学，以提高学生的分析解决问题的能力以及实验探究能力。
课件26张PPT。带电粒子在匀强磁场中的运动——有界磁场中的动态分析何为有界磁场？带电粒子在匀强磁场中的运动（2）V⊥B 匀速圆周运动（1）V // B 匀速直线运动课前导学
（1）圆心的确定质疑讨论一、如何确定带电粒子圆周运动圆心O、
半径r和运动时间tO已知带电粒子经过轨迹圆上两点及其速度确定圆心 方法一：过两点作速度的垂线，两垂线交点即为圆心。 ABVVO例：质量为m带电量为e的电子垂直磁场方向从M点进入，从N点射出，如图所示，磁感应强度为B，磁场宽度d，求粒子的初速度多大？ MNVV300dBO已知带电粒子经过轨迹圆上两点及一点的速度，确定圆心 方法二：过已知速度的点作速度的垂线和两点连线的中垂线，两垂线交点即为圆心。 ABV
（1）圆心的确定（2）半径的确定（3）运动时间的确定：质疑讨论一、如何确定带电粒子圆周运动圆心O、
半径r和运动时间t反馈矫正 问题1. 如图所示，在y＜0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于xy平面并指向纸里，磁感应强度为B.一带负电的粒子（质量为m、电荷量为q）以速度v0从O点射入磁场，入射方向在xy平面内，与x轴正向的夹角为θ.求：
（1）该粒子射出磁场的位置；
（2）该粒子在磁场中运动的时间.（所受重力不计）θθ
质疑讨论二、粒子速度方向不变，速度大小变化 粒子运动轨迹的圆心都在垂直于初速度的直线上，速度增加时，轨道半径随着增加，寻找运动轨迹的临界点返回问题变化１: (1) 若速度方向不变,使速度的大小增大,则该粒子在磁场中运动时间是否变化?问题变化２:(2)若速度大小不变,速度方向改变,则轨迹圆的圆心的轨迹是什么曲线?质疑讨论 此时由于速度大小不变，则所有粒子运动的轨道半径相同，但不同粒子的圆心位置不同，其共同规律是：所有粒子的圆心都在以入射点为圆心，以轨道半径为半径的圆上，从而找出动圆的圆心轨迹，再确定运动轨迹的临界点。三、粒子速度大小不变，速度方向变化问题变化３： 若磁场的下边界为y=L则为使粒子
能从磁场下边界射出，则v0 至少多大？质疑讨论带电粒子的圆形轨迹与磁场边界相切四、有界磁场的临界条件问题2.
长为l 的水平极板间有如图所示的匀强磁场，磁感强度为B，板间距离也为l 。现有一质量为 m 、带电量为 +q 的粒子从左边板间中点处沿垂直于磁场的方向以速度 v0射入磁场，不计重力。要想使粒子不打在极板上，则粒子进入磁场时的速度 v0 应满足什么条件? ∴ v0 ＜ q B l / 4 m
或 v0 ＞ 5 q B l / 4 m解：若刚好从a 点射出，如图：R- l/2Rr=mv1/qB=l/4∴ v1=qBl /4m 若刚好从b 点射出，如图：要想使粒子不打在极板上， ∴ v2=5qBl /4mR2 = l 2 + ( R- l/2)2R= 5l /4= mv2/qB 返回O 问题3.在真空中半径为r=3cm的圆形区域内有一匀强磁场，B=0.2T ,方向如图示，一带正电的粒子以速度v=1.2×106m/s 的初速度从磁场边界上的直径ab一端的a点射入磁场，已知该粒子的荷质比q/m=108 C/kg，不计粒子重力，则粒子在磁场中运动的最长时间为 多少? 返回
分析：V以不同方向入射，以ab为弦的圆弧θ最大，时间最长. 圆周运动的半径∴ θ =30°T=2πR/v∴ t=T/6=5.2×10-8 sR=mv/qB
= 10-8 × 1.2×106÷0.2
= 0.06m返回巩固迁移 如图所示，宽度d = 8cm的匀强磁场区域(aa’，bb’足够长)磁感应强度B = 0.332T，方向垂直纸面向里，在边界aa’上放一α粒子源S，可沿纸面向各个方向均匀射出初速率相同的α粒子，已知α粒子的质量m = 6.64×10-27kg，电量q = 3.2×10-19C，射出时初速v0 = 3.2×106m/s。求：
（1）α粒子从b端出射时的最远点P与中心点O距离PO
（2）α粒子从b’端出射时的最远点Q与中心点 O的距离QOa′ab′bdSO
