2012高考物理知识要点总结教案：带电粒子在匀强磁场及在复合场中的运动规律及应用

第一篇：2012高考物理知识要点总结教案：带电粒子在匀强磁场及在复合场中的运动规律及应用

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磁 场

带电粒子在匀强磁场及在复合场中的运动规律及应用

知识要点：

1、带电体在复合场中运动的基本分析: 这里所讲的复合场指电场、磁场和重力场并存, 或其中某两场并存, 或分区域存在, 带电体连续运动时, 一般须同时考虑电场力、洛仑兹力和重力的作用。

在不计粒子所受的重力的情况下，带电粒子只受电场和洛仑兹力的作用，粒子所受的合外力就是这两种力的合力，其运动加速度遵从牛顿第二定律。在相互垂直的匀强电场与匀强磁场构成的复合场中，如果粒子所受的电场力与洛仑兹力平衡，粒子将做匀速直线运动；如果所受的电场力与洛仑兹力不平衡，粒子将做一般曲线运动，而不可能做匀速圆周运动，也不可能做与抛体运动类似的运动。在相互垂直的点电荷产生的平面电场与匀强磁场垂直的复合场中，带电粒子有可能绕场电荷做匀速圆周运动。

无论带电粒子在复合场中如何运动，由于只有电场力对带电粒子做功，带电粒子的电势能与动能的总和是守恒的，用公式表示为 qUa12mvaqU2b12mvb

22、质量较大的带电微粒在复合场中的运动

这里我们只研究垂直射入磁场的带电微粒在垂直磁场的平面内的运动，并分几种情况进行讨论。

（1）只受重力和洛仑兹力：此种情况下，要使微粒在垂直磁场的平面内运动，磁场方向必须是水平的。微粒所受的合外力就是重力与洛仑兹力的合力。在此合力作用下，微粒不可能再做匀速圆周运动，也不可能做与抛体运动类似的运动。在合外力不等于零的情况下微粒将做一般曲线运动，其运动加速度遵从牛顿第二定律；在合外力等于零的情况下，微粒将做匀速直线运动。

无论微粒在垂直匀强磁场的平面内如何运动，由于洛仑兹力不做功，只有重力做功，因此微粒的机械能守恒，即 mgha12mvamghb212mvb（2）微粒受有重力、电场力和洛仑兹力：此种情况下。要使微粒在垂直磁场的平面内运动，匀强磁场若沿水平方向，则所加的匀强电场必须与磁场方向垂直。

在上述复合场中，带电微粒受重力、电场力和洛仑兹力。这三种力的矢量和即是微粒所受的合外力，其运动加速度遵从牛顿第二定律。如果微粒所受的重力与电场力相抵消，微粒相当于只受洛仑兹力，微粒将以洛仑兹力为向心力，以射入时的速率做匀速圆周运动。若重力与电场力不相抵，微粒不可能再做匀速圆周运动，也不可能做与抛体运动类似的运动，而只能做一般曲线运动。如果微粒所受的合外力为零，即所受的三种力平衡，微粒将做匀速直线运动。

无论微粒在复合场中如何运动，洛仑兹力对微粒不做功。若只有重力对微粒做功，则微粒的机械能守恒；若只有电场力对微粒做功，则微粒的电势能和动能的总和守恒；若重力和电场力都对微粒做功，则微粒的电势能与机械能的总和守恒，用公式表示为： qUamgha12mvaqU2bmghb12mvb

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过选择器。

如图, 设在电场方向侧移vEBd后粒子速度为v, 当时: 粒子向f方向侧移, F做负功——粒子动能减少, 12mv0qEd2电势能增加, 有

12mv;当v2EB时, 粒子向

F方向侧移, F做正功——粒子动能增加, 电势能减少, 有12mv0qEd212mv2;

5、质谱仪

质谱仪主要用于分析同位素, 测定其质量, 荷质比和含量比, 如图所示为一种常用的质谱仪, 由离子源O、加速电场U、速度选择器E、B1和偏转磁场B2组成。

同位素荷质比和质量的测定: 粒子通过加速电场, 根据功能关系, 有

12mv2qU。粒

子通过速度选择器, 根据匀速运动的条件: vEB。若测出粒子在偏转磁场的轨道直径为2R2mvB2q2mEB1B2qd, 则d , 所以同位素的荷质比和质量分别为

qm2EB1B2d;mB1B2qd2E。

6、磁流体发电机

工作原理: 磁流体发电机由燃烧室O、发电通道E和偏转磁场B组成, 如图所示。

在2500开以上的高温下, 燃料与氧化剂在燃烧室混合、燃烧后, 电离为导电的正负离

子, 即等离子体, 并以每秒几百米的高速喷入磁场, 在洛仑兹力作用下, 正、负离子分别向上、下极板偏转, 两极板因聚积正、负电荷而产生静电场, 这时, 等离子体同时受到方向相反的洛仑兹力f与电场力F的作用。

当f > F时, 离子继续偏转, 两极电势差随之增大;当f = F时, 离子匀速穿过磁场, 两极电势差达到最大值, 即为电源电动势。

电动势的计算: 设两极板间距为d, 根据两极电势差达到最大值的条件f = F, 即vEB/dB, 则磁流体发电机的电动势Bdv。

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第二篇：带电粒子在匀强磁场中的运动的教学反思

《带电粒子在匀强磁场中的运动》的教学反思

嘉积中学

冯逸

带电粒子在磁场中的圆周运动历来都是高考考查的重要内容！该课程的内容包括两部分：

一、带电粒子在匀强磁场中的运动。

二、带电粒子在匀强磁场中的运动的实际应用———质谱仪和回旋加速器。具体的教学目标是：①知道带电粒子垂直匀强磁场的运动轨迹是个圆，知道其半径与粒子的速度和磁感应强度有关。②能从理论上分析带电粒子垂直于匀强磁场运动是匀速圆周运动，能推导做圆周运动的半径和周期公式。③了解质谱仪和回旋加速器的工作原理。由于前两部分内容都是教学的重点。并且本节内容和以前的力学知识紧密结合，综合性较强，构成教学的难点。

在本节课的落实上，我采用了具体如下的实施。1.针对学生基础比较薄弱的实际情况，以复习洛伦兹力的大小和方向判断作为引子，引入新课，提出：“带电粒子在匀强磁场中将做什么运动？”。从易到难，为学生学习本节课打基础、做铺垫。其中在复习公式上，采用了学生上黑板板书的措施落实复习回顾。2.有了必备的知识和方法作为基础，让学生先从力和运动的分析方法入手，结合课本与实验视频，让学生知道带电粒子垂直于磁场方向的运动轨迹是个圆，并且是匀速圆周运动，然后我指明带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的条件，进而让学生在教师的指点下能用学过的力学方法逐步的推导其运动半径和周期。其中推导做圆周运动的半径和周期公式时，我让两名推导过程比较规范的学生上黑板板书与讲解的措施。这样，既能锻炼讲解的学生的逻辑思维的能力和语言的表达能力，也能把学生之间的思维拉近，便于理解，之后通过相关的达标训练予以练习巩固；达到分解难点、消化重点的目的。

第三篇：精品高二物理带电粒子在匀强磁场中的运动教学设计

3.6、带电粒子在匀强磁场中的运动（第1课时）

同心县豫海回民中学

锁俊明

一、教学目标

（一）知识与技能

1、理解洛伦兹力对粒子不做功.2、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时，粒 子在匀磁场中做匀速圆周运动.3、会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期 公式，并会用它们解答有关问题.知道质谱仪的工作原理。

（二）过程与方法

通过综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在复合场（电场、磁场）中的问题.培养学生的分析推理能力.（三）情感态度与价值观

通过对本节的学习，充分了解科技的巨大威力，体会科技的创新历程。

二、重点与难点：

重点：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期公式，并能用来分析有关问题.难点：1.粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动.2.综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在复合场中的问题.三、教具：洛伦兹力演示仪、电源、多媒体等

四、教学过程：

（一）复习引入

［问题1］什么是洛伦兹力？［磁场对运动电荷的作用力］ ［问题2］洛伦兹力的大小和方向如何确定？［大小：F=qvBsinθ 方向：左手定则］ ［问题3］带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？［不一定，洛伦兹力的计算公式为F=qvBsinθ，θ为电荷运动方向与磁场方向的夹角，当θ=90°时，F=qvB;当θ=0°时，F=0.］

带电粒子进入匀强磁场时到底会做什么运动呢？今天我们来学习—— 带电粒子在匀强磁场中的运动

（二）新课讲解---第六节、带电粒子在匀强磁场中的运动

一、带电粒子在匀强磁场中的运动

问题1：带电粒子平行射入匀强磁场的运动状态？（重力不计）

匀速直线运动

问题2：带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态？（重力不计）（1）当v⊥B 时，洛伦兹力的方向与速度方向的关系?（2）带电粒子仅在洛伦兹力的作用下，粒子的速率变化么？（3）洛伦兹力如何变化？

（4）从上面的分析，你认为垂直于匀强磁场方向射入的带电粒子，在匀强磁场中的运动状态如何？ 实验：洛伦兹力演示仪（1）构造: ①电子枪：射出电子

②加速电场：作用是改变电子束出射的速度.③励磁线圈：作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈中心的连线的匀强磁场.（2）实验演示

a、不加磁场时观察电子束的径迹.b、给励磁线圈通电，观察电子束的径迹.c、保持初射电子的速度不变，改变磁感应强度，观察电子束径迹的变化.d、保持磁感应强度不变，改变出射电子的速度，观察电子束径迹的变化.（3）实验结论

①沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动.②磁感应强度不变，粒子射入的速度增加，轨道半径也增大。③粒子射入速度不变，磁感应强度增大，轨道半径减小。理论分析

因为：洛仑兹力总与速度方向垂直.所以：洛仑兹力不改变速度大小，洛仑兹力的大小也就不变.结论：带电粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动。由洛仑兹力提供向心力。

【注意】带电粒子做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供。通过“思考与讨论”，使学生理解带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，的轨道半径r和周期T与粒子所带电量、质量、粒子的速度、磁感应强度有什么关系。

［出示投影］

一带电量为q，质量为m ,速度为v的带电粒子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其半径r和周期T为多大？

［问题1］什么力给带电粒子做圆周运动提供向心力？［洛伦兹力给带电粒子做圆周运动提供向心力］

［问题2］向心力的计算公式是什么？［F=mv2/r］

v2［教师推导］粒子做匀速圆周运动所需的向心力F=m是由粒子所受

r的洛伦兹力提供的，所以

qvB=mv2/ r由此得出r=

mv qBT=2r2m2m可得T= qBvqB（2）、轨道半径和周期

带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径及周期公式.1、轨道半径r =【说明】：

（1）轨道半径和粒子的运动速率成正比.（2）带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期跟轨道半径和运动速率无关.例

1、（见PPT课件）［出示投影课本例题］

例

2、如图所示，一质量为m，电荷量为q的粒子

mv

2、周期T =2πqBm/ qB 从容器A下方小孔S1飘入电势差为U的加速电场，然后让粒子垂直进入磁感应强度为B的磁场中，最后打到底片D上.(1)粒子进入磁场时的速率。(2)求粒子在磁场中运动的轨道半径。

解：（1）粒子在S1区做初速度为零的匀加速直线运动.由动能定理知，粒子在电场中得到的动能等于电场对它所做的功，即 mv2qu

由此可得v=2qu/m.（2）粒子做匀速圆周运动所需的向心力是由粒子所受的洛伦兹力提v2供，即 qvBm

r12所以粒子的轨道半径为 r=mv/qB=2mu/qB2

［教师讲解］r和进入磁场的速度无关，进入同一磁场时，r∝

m，q而且这些个量中，u、B、r可以直接测量，那么，我们可以用装置来测量比荷或算出质量。

例题给我们展示的是一种十分精密的仪器------质谱仪 质谱仪是一种十分精密的仪器，是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具.---例题

3、如图所示为质谱仪的原理示意图，电荷量为q、质量为m的带正电的粒子从静止开始经过电势差为U的加速电场后进入粒子速度选择器，选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，匀强电场的场强为E、方向水平向右．已知带电粒子能够沿直线穿过速度选择器，从G点垂直MN进入偏转磁场，该偏转磁场是一个以直线MN为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场．带电粒子经偏转磁场后，最终到达照相底片的H点．可测量出G、H间的距离为l．带电粒子的重力可忽略不计．求：

（1）粒子从加速电场射出时速度v的大小．（2）粒子速度选择器中匀强磁场的磁感应强度B1的大小和方向．

（3）偏转磁场的磁感应强度B2的大小．

（三）对本节要点做简要小结.（四）课后作业：

完成“问题与练习”1、2、3作业。

第四篇：带电粒子在匀强磁场中的运动教学设计解读

《带电粒子在匀强磁场中的运动》教学设计

祝塘中学 谢正平

一、教学设计思路

这节内容主要是使学生清楚在匀强磁场中带电粒子在洛伦兹力作用下运动的情况及其成因。有洛伦兹力演示仪和动画课件的辅助，学生大体理解带电粒子是做匀速圆周运动，轨道半径和周期也不难明白，但更多的是让学生了解过程、细节，如每时每刻洛伦力兹力与粒子速度都是垂直关系，这往往是解决带是粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动综合性问题的突破口。而这样的综合性题目在高考中常常见到，有时甚至以压轴题出现，要很好地解决它，不是仅仅知道轨道半径公式和周期公式就行的，分析出粒子的运动过程，找出其几何关系，才是解决问题的首要。

为了使学生注意带电粒子在匀强磁场中运动的过程，采用课件动画模拟，从而反复观察直到学生清楚为止，也验证着相关的猜想和结果。为了保持思想的流畅和活跃，在观察动画或视频的同时（或之后），逐步提出有关问题，分解成多个问题，阶梯式地上升，逼近结果，得出结论。

二、教学目标

1．知识与技能

（1）了解显示电子径迹的方法

（2）理解带电粒子垂直射入匀强磁场时的运动性质及相应的轨道半径和周期

（3）了解质谱仪

2．过程与方法

通过观察视频和动画，知道洛伦兹力提供向心力，结合匀速圆周运动的公式，得出轨道半径和周期；利用带电粒子垂直射入匀强磁场时做匀速圆周运动，制造出质谱仪，是精确测量带电粒子的质量和分析同位素的一种重要工具。

3．情感、态度与价值观

通过对带电粒子垂直射入匀强磁场做匀速圆周运动的轨道半径和周期公式的推导，培养学生严密的科学态度。

三、教学重点、难点

重点：理解轨道半径和周期。

难点：带电粒子垂直射入匀强磁场做匀速圆周运动的成因。

四、实验器材及教学媒体的选择与使用

洛伦兹力演示仪、多媒体投影系统。

五、教学方法

提问、讨论、讲解、观察、练习反馈。

六、教学过程

1．引入新课

上节课推导出带电粒子在匀强磁场中受力，即洛伦兹力F=qvB，那么：垂直射入匀强磁场中的带电粒子，在洛伦兹力F=qvB的作用下，将会偏离原来的运动方向。则粒子的运动径迹是怎样的呢？

2．讲授新课

（1）观察洛伦兹力演示仪，然后投影出它的视频

提问：①通过什么方法观察到电子的径迹？（电子射线使管内的低压水银蒸气（或氢气）发出光辉，显示出电子的径迹）

②你观察到了带电粒子的是一个怎样径迹？（没有磁场时，电子的径迹是直线；外加匀强磁场时，电子的径迹是圆形）

（2）动画模拟

仔细反复观察《带正电的粒子在磁场中的运动》动画，逐步完成下面的问题：

①带电粒子在什么条件下做圆周运动？（带电粒子垂直射入磁场）

②是一种什么性质的圆周运动？（匀速圆周运动）

③为什么是匀速圆周运动？（因为带电粒子受到一个大小不变、方向总与粒子运动方向垂直的洛伦兹力）

④什么力提供了向心力？（洛伦兹力F=qvB）

⑤结合匀速圆周运动的有关公式，得出半径与什么物理量有关？（）改变动画中带电粒子的速度，形象观察，使学生获得感性认识，同化理性推导的结果。

⑥带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力对带电粒子做了功吗？（没有）

⑦通过观察左边的动画，你联想到与以前哪种情景的运动相似？（万有引力提供向心力的人造卫星绕地球或行星绕恒星运动的情景相似）

⑧粒子运动的快慢与什么因素有关呢？（不立即回答，引出下面的周期问题）

(3)观察洛伦兹力演示仪，验证上述思想，强化轨道半径公式

(4)观察《不速度的电子在同一磁场中的运动》动画。

提问：①你观察到了一个什么有趣的现象？（不同速度的电子在同一磁场中运动，轨道半径不同，但运动一周的时间相等，即周期相同）

②如何解释这个现象？（带电粒子速度无关！）

（5）知识反馈与巩固，与

观察《运动电荷垂直于磁场》动画，由参数选择的组合，根据学生的实际情况，可以事先或当堂编制一些物理问题，如带电粒子将朝哪个方向做圆周运动（左手定则的考查）？轨道半径和周期分别是多少（巩固轨道半径和周期公式）？学生回答完后，可以立即从课件上得到验证。

（6）了解质谱仪

通过《质谱仪原理》课件，了解质谱仪的原理和作用。

（7）小结即板书部分

①带电粒子垂直射入匀强磁场中是做匀速圆周运动

轨道半径

周期

②应用：质谱仪

七、教学反思

这节课使用多媒体技术，使得传统很难讲述的问题变得轻松，比如带电粒子的运动径迹，传统课很难显示，用洛伦兹力演示仪也是通过光辉效应间接显示，而且对于全教室的学生清晰度不高、观察的可见度低，而应用多媒体技术就轻松地解决了这个问题。由于有了带电粒子在磁场中径迹显示过程，也就使学生了解了其过程，而不是简单的记忆结果。有了动画形象的衬托，使学生获得感性的认识，有利地帮助学生理解理性推导的轨道半径和周期公式等。也就说，这节课使用了动画，突出了学生学习带电粒子在磁场中运动的过程。

在显示带电粒子的径迹方法上，本堂课只用了水银蒸汽的光辉效应，没能用动画形式展示更多的方法，如云室法、汽泡室法，可能需要今后作进一步的研究。

第五篇：2012高考物理知识要点总结教案：电容 带电粒子在电场中的运动

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第九章 电场

电容 带电粒子在电场中的运动

知识要点：

一、基础知识

1、电容

（1）两个彼此绝缘，而又互相靠近的导体，就组成了一个电容器。

（2）电容：表示电容器容纳电荷的本领。a 定义式：CQU(QU)，即电容C等于Q与U的比值，不能理解为电容C与Q成正比，与U成反比。一个电容器电容的大小是由电容器本身的因素决定的，与电容器是否带电及带电多少无关。

b 决定因素式：如平行板电容器CS4kd（不要求应用此式计算）

（3）对于平行板电容器有关的Q、E、U、C的讨论时要注意两种情况： a 保持两板与电源相连，则电容器两极板间的电压U不变 b 充电后断开电源，则带电量Q不变（4）电容的定义式：CQU（定义式）

S4Kd（5）C由电容器本身决定。对平行板电容器来说C取决于：C（决定式）

（6）电容器所带电量和两极板上电压的变化常见的有两种基本情况：

第一种情况：若电容器充电后再将电源断开，则表示电容器的电量Q为一定，此时电容器两极的电势差将随电容的变化而变化。

第二种情况：若电容器始终和电源接通，则表示电容器两极板的电压V为一定，此时电容器的电量将随电容的变化而变化。

2、带电粒子在电场中的运动

（1）带电粒子在电场中的运动，综合了静电场和力学的知识，分析方法和力学的分析方法基本相同：先分析受力情况，再分析运动状态和运动过程（平衡、加速或减速，是直线还是曲线），然后选用恰当的规律解题。

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Lv0），则在粒子穿越电场的过程中，仍可当作匀强电场处理。高考资源网（ks5u.com）

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1、电场强度E和电势U仅仅由场本身决定，与是否在场中放入电荷，以及放入什么样的检验电荷无关。

而电场力F和电势能两个量，不仅与电场有关，还与放入场中的检验电荷有关。所以E和U属于电场，而F电和属于场和场中的电荷。

2、一般情况下，带电粒子在电场中的运动轨迹和电场线并不重合，运动轨迹上的一点的切线方向表示速度方向，电场线上一点的切线方向反映正电荷的受力方向。物体的受力方向和运动方向是有区别的。

如图所示：

只有在电场线为直线的电场中，且电荷由静止开始或初速度方向和电场方向一致并只受电场力作用下运动，在这种特殊情况下粒子的运动轨迹才是沿电力线的。

3、点电荷的电场强度和电势（1）点电荷在真空中形成的电场的电场强度EQ源，E1/r，当源电荷Q0时，2场强方向背离源电荷，当源电荷为负时，场强方向指向源电荷。但不论源电荷正负，距源电荷越近场强越大。（2）当取U0时，正的源电荷电场中各点电势均为正，距场源电荷越近，电势越高。负的源电荷电场中各点电势均为负，距场源电荷越近，电势越低。

（3）若有n个点电荷同时存在，它们的电场就互相迭加，形成合电场，这时某点的电场强度就等于各个点电荷在该点产生的场强的矢量和，而某点的电势就等于各个点电荷在该点的电势的代数和。

12mv0U2加速·q ·q·L加速2Uy侧移偏转

d偏转·4·UU偏转·q·L2

4U加速·d

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