1.3 带电粒子在匀强磁场中的运动 教学设计（表格式）

教学设计
课题 1.3 带电粒子在匀强磁场中的运动
课型 新授课 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□
教学内容分析
本节是磁场的力学特征及其应用大单元下划分的第一个小单元内容，属于磁场力的特征（宏观）这一小单元，关系如下： 本节学习内容主要将电磁学内容和力学内容结合起来，研究带电粒子在匀强磁场中的运动规律。通过实验探究和理论推导形式，进一步学习洛伦兹力的规律，也为后面分析质谱仪和回旋加速器的工作原理提供知识储备。
学习者分析
在前面必修内容的学习中，学生已经掌握了物体做圆周运动的基本规律和产 生条件。在上节课的学习中，学生也掌握了洛伦兹力的方向判断和大小计算。带 电粒子在匀强磁场中的运动是力学知识和电磁学知识的综合，问题具有较高的综 合性和复杂性，引导学生对实际问题进行探究，通过问题解决逐步掌握带电粒子 在强磁场中的运动规律，培养学生解决实际问题的能力。
学习目标确定
1.知道带电粒子垂直射入匀强磁场时，匀强磁场中做圆周运动；知道洛伦兹力不做功。(物理观念) 2.通过洛伦兹力与平面几何知识的结合，能够分析带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹；掌握带电粒子在匀强磁场中的规律，能够推导出带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的周期和半径。(科学思维) 3.通过猜想与假设，实验探究、归纳总结逐步掌握带电粒子在匀强磁场中的运动规律。(科学探究) 4.通过洛伦兹力演示仪进行实验，验证学生关于带电粒子在磁场中运动规律的猜想，提高学生的学习兴趣，培养学生严谨的科学态度。 (科学态度与责任)
学习重点难点
学习重点： 带电粒子在匀强磁场中的运动规律。 学习难点： 带电粒子在洛伦兹力作用下做圆周运动的规律和应用。
学习活动设计
教师活动学生活动环节一：单元线索导入教师活动1 播放“美丽的极光视频”提出单元主题问题3：美丽的极光是如何形成的？ 学生活动1 认真观看视频，思考教师提出的问题，从视频提供的信息猜想：极光的形成原因和带电粒子在在磁场中的运动密切相关。活动意图说明： 通过极光的形成原因创设问题情景，激发学生思考极光形成原因，从而引出本节课的主题内容带电粒子在磁场中的运动规律。环节二：带电粒子在匀强磁场中的运动教师活动2 若想解决这个问题，就要思考这个问题： 核心任务1：带电粒子垂直射入匀强磁场中有什么运动规律？ 我们再将这个问题具体化： 子任务1：带电粒子在匀强磁场中做什么运动？ 子任务2:带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动谁提供向心力？ 学生进行小组讨论后，用洛伦兹力演示仪进行演示实验，对猜想进行验证。 展示图片，粒子以速度v垂直射入匀强磁场，提出问题。 子任务3：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动向心力怎么计算？学生活动2 学生思考问题，小组合作搜集资料进行讨论。 通过得出带电粒子在匀强磁场中圆周运动谁洛伦兹力提供向心力，以及对洛伦兹力的特点探讨，猜想带电粒子在云墙磁场中的运动形式，速度与磁场方向垂直时可能做匀速圆周运动。从而初步解决任务1任务2。 学生观察实验演示，验证猜想结果。 学生讨论思考，初步猜测计算过程，并为下一环节学习做好准备。活动意图说明： 先引入核心任务，层层引导学生分析问题，进行猜想，明确要解决的问题。环节三：带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期教师活动3 引导学生完成子任务3。 学生完成任务3后，顺势提出子任务4： 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和什么有关？ 学生进行小组讨论后，用洛伦兹力演示仪进行演示实验，对猜想进行验证。（保持出射电子的速度不变，改变磁感应强度。保持磁感应强度不变，改变出射电子速度的大小和 方向） 验证猜想后，在引导学生定量分析。 接着提出下一个任务： 子任务5：带电粒子在匀强磁场中的做圆周运动的周期？ 引导学生再次根据圆周运动的知识分析带电粒子做匀速圆周运动的周期。 学生推导完结果后，强调由此可见，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期跟轨道半径和运动速度无关。这是一个很重要的结论，下一节介绍的回旋加速器就是依据这个原理制成的。学生活动3 学生思考讨论，解决子任务3： 假设一个电荷量为q的粒子，在磁感应强度为B的匀强磁场中以速度v运动，那么带电粒子所受的洛伦兹力为 ：F＝qvB 洛伦兹力提供向心力： 学生思考讨论，猜想与速率和磁感应强度有关。 观察演示，验证猜想。然后定量分析，得到： 从这个结果可以看出，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径与它的质量、速度成正比，与电荷量、磁感应强度成反比。 学生思考问题，自主推导： 将代入上式可得： 活动意图说明: 先引导学生完成子任务3，然后顺势根据任务，分布引导学生自主探究带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期。并先提问，再猜想讨论，先实验定性分析，再推导定量分析。同时为下节课的内容做好铺垫，引发学生的思考，激发学生学习兴趣。环节四：练习应用教师活动4 引导学生根据所学知识解决例题 【例题】 一个质量为kg、电荷量为C的带电粒子，以m/s的初速度沿与磁场垂直的方向射入磁感应强度为0.2T的匀强磁场。 （1）求粒子所受的重力和洛伦兹力的大小之比。 （2）求粒子在磁场中运动的轨道半径。 （3）求粒子做匀速圆周运动的周期。 再次回答单元主题问题3：美丽的极光是如何形成的？ 学生活动4 小组合作，思考并解决问题 根据本节课所学知识，再次回答单元主题任务。活动意图说明: 以习题巩固学生学习的新知识，并规范解题过程。回归单元主题任务，再次前后呼应。
板书设计
作业与拓展学习设计
学业达标 1. 电子以 m/s的速度沿着与磁场垂直的方向射入B＝ T的匀强磁场中。 求电子做匀速圆周运动的轨道半径和周期。 (4分钟) 2. 已知氚核的质量约为质子质量的3倍，带正电荷，电荷量为一个元电荷；α粒子即氦原子核，质量约为质子质量的4倍，带正电荷，电荷量为e的2倍。现在质子、氚核和α粒子在同一匀强磁场中做匀速圆周运动。求下列情况中它们运动的半径之比： （1）它们的速度大小相等。 （2）它们由静止经过相同的加速电场加速后进入磁场。（8分钟） 素养提升 3. 如图1.3-5所示，一个质量为m、电荷量为q的带负电荷的粒子，不计重力，从x轴上的P点以速度v射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于y轴射出第一象限。已知v与x轴成60°角，OP＝a。 （1）求匀强磁场的磁感应强度B的大小。 （2）求带电粒子穿过第一象限所用的时间。（10分钟） 拓展学习 4. 真空区域有宽度为 l、磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向如图 1-7所示，MN、PQ是磁场的边界。质量为m、电荷量为q的粒子（不计重力）沿着与 MN 夹角θ为30°的方向射入磁场中，刚好没能从PQ边界射出磁场。求粒子射入磁场的速度大小及在磁场中运动的时间。 （12分钟）
特色学习资源分析、技术手段应用说明
洛伦兹力演示仪可以每小组一台，便于学生操作，亲身体验带电粒子在磁场运动与什么有关。希沃视频演示，形象生动为学生们展示带电粒子在磁场中的运动规律。
教学反思与改进
本节课以学生小组合作学习为主，主要体验洛伦兹力的实际应用，并结合圆周运动的规律进行学习研究。习题教学时一定要注重引导学生受力分析，规范列方程，以便下一节课的学习。