第二册 第十五章 磁场 五、带电粒子在磁场中的运动、质谱仪(备课资料)

第一篇：第二册 第十五章 磁场 五、带电粒子在磁场中的运动、质谱仪(备课资料)

《鼎尖教案》您的教学首选！欢迎您下载使用！

●备课资料

一、漫谈地磁场

地球是个巨大的磁体，它周围空间存在的磁场叫地磁场.地磁场的强度并不大，在地面

－5附近的磁感应强度大约只有5×10 T，而一般的永久磁体附近的磁感应强度可达0.4~0.7 T.经过长期的研究，人们已基本掌握了地磁场的一些性质、变化规律及对地球上各种生物的影响等，但至今地磁场仍有很多问题尚无定论.1.地磁场的起源

人类很早就提出了地磁场的起源问题，为解释这个问题，历史上曾先后提出过许多观点.目前，较为成熟的是磁流体发电机学说.1945年，物理学家埃尔萨塞根据磁流体发电机的原理，认为当液态的外地核在最初的微弱磁场中运动，像磁流体发电机一样产生电流，电流的磁场又使原来的弱磁场增强，这样外地核物质与磁场相互作用，使原来的弱磁场不断加强.由于摩擦生热的消耗，磁场增加到一定程度就稳定下来，形成了现在的地磁场.而最初的微弱磁场可能来自核内化学不均匀性形成的电池，从而产生的弱电流.也有的科学家认为在太阳系最初形成时，月球即受到地球的引力而成为它的卫星，而月球在被吸引到靠近地球的过程中，地球表面的海洋出现强烈的潮水起伏，这种起伏所引起的巨大摩擦力使地球温度剧增，导致地心熔化；地心的岩浆在高温及高牵引力的作用下，出现旋转式的滚动，结果产生了磁场.因为磁流体发电机学说能解释较多的地磁现象，又符合地球内部结构特点.还可以用来解释许多天体的磁场起源.所以受到普遍重视.但由于地球内部构造复杂，此学说还有待于进一步验证.总之，地磁起源问题目前仍处于不断发展和深入研究的阶段.2.地磁倒转之谜

1906年，法国科学家在考查法国司马夫中央山脉地区熔岩时，发现那里的岩石具有与地磁场方向相反的磁性.后来此类发现不断增加，随着研究的深入，人们终于确信，地磁场方向并非一直不变，在近450万年的时间内，地球磁极曾发生过9次倒转.是什么原因让地球磁极发生反复变化呢？许多科学家提出了各自不同的设想.一些科学家从磁流体发电机学说出发，认为由于多种可能的原因，引起地球外地核物质流动方向改变，地磁极随之改变；另一些科学家则认为，地磁极倒转是由于陨石撞击地球造成的；也有的科学家认为，地磁极倒转与银河系的磁场有关.由于各种设想都不完善，地磁极为何倒转仍是一个未解之谜.我们期待着在不远的将来能够揭开谜底.3.地磁场对宇宙射线的作用

地磁场并不强，但对于地球上的各种生命来说，却显得非常重要.这个“超巨”的地磁场，对地球形成了一个“保护盾”，减少了来自太空的宇宙射线的侵袭，地球上生物才得以生存滋长.如果没有了这个保护盾，外来的宇宙射线将把最初出现在地球上的生命幼苗全部杀死，根本无法在地球上滋生.在地球南北极附近或高纬度地区，有时在晚上会看到一种神奇的灿烂美丽的彩色光带——极光.直到20世纪末，人造卫星和宇宙探测器的应用使人们了解到地磁场分布的特点，才解开了极光之谜.原来当太阳辐射出的带电粒子进入地磁场后，由于洛伦兹力的作用，带电粒子沿地磁场的磁感线做螺旋线运动，最终会落到地球两极上空的大气层中，使大气层中的分子电离发光.由于在可见光波段受激的氧原子能发出绿光和红光；电离了的氮分子发射紫色光、蓝色光以及深红色光.因此，通常肉眼看到的极光是绿色、蓝色并带有粉红色或红色的边缘.4.地磁场对大气的作用

大气中一般都含有少量的离子，若刮西风或偏西风，离子自西向东随风运动，由于受地磁场的作用，正离子受到向上的洛伦兹力而逐渐上升，负离子则受力向下而逐渐下降，这样，有问题请您反馈邮箱 HHBEIKAO@163.COM 《鼎尖教案》您的教学首选！欢迎您下载使用！

处于大气底层的负离子增多而正离子减少.由于负离子能使人感觉身心爽朗、舒适，所以对人体健康是有益的，此时我们多到室外活动，可以强身健体.相反，如果是刮东风或偏东风，会使大气底层的正离子增多，容易使人感到疲倦和烦躁，不利于身体健康.我们应当在河边或绿色环境中活动，因为这些环境对正离子有明显的吸收效果，可以使人少受正离子对身体健康的不良影响.在雷雨季节，雷电会使空气中的离子数大幅度增加，由于潮湿的空气有弱导电能力，流动的空气在地磁场作用下，相当于弱导电体在磁场中运动，如果存在切割磁感线的上、下、东、西方向的运动则产生电势差，电势差随正负极间距的增大而增大，而空气流动的宽度往往是很大的，因此电势差也很大，大到一定程度则会使两极空气电离，离子数大大增加，从而对人的健康影响也较大.5.地磁场对生物活动的影响

研究人员发现，像海龟、鲸鱼、候鸟、有些鱼和瞎鼠等众多迁徙动物均能凭借地磁场走南闯北，每年可旅行几千千米，中途往往还要经过汪洋大海.此外，有的动物还能利用磁倾角帮助自己测定精确的位置.比如生物学家发现，笨拙的海龟就能使用“磁倾角罗盘”.幼龟在佛罗里达沿岸出壳后，随即游入大海.它们在大西洋生活多年，直到长成才回到出生时的岸边去交配和巢居.在返回过程中，要是离开正道过于偏南或偏北，便难免冻死途中，多亏了“磁倾角罗盘”，海龟才得以走在正道上，准确地回到故乡.二、带电粒子在电磁场中的运动 ［知识精讲］

带电粒子在电磁场中运动的问题包括两种基本情形：一种是先后分别在电场、磁场中运动，另一种是在电场和磁场的复合场中运动.对于第一种情形要注意电场力和洛伦兹力的特性所决定的粒子运动性质的差别，带电粒子在匀强电场中受电场力的作用做匀变速运动，而在匀强磁场中受洛伦兹力的作用做匀速圆周运动，这种情形通常是利用电场来对带电粒子加速后获得一定的速度，然后在磁场中做匀速圆周运动，因此对于这种情况主要是处理好带电粒子从一场过渡到另一场的速度关系.对于第二种情形，要注意洛伦兹力与运动速度有关，所以粒子的运动和受力相互制约，当粒子的运动速度发生变化时，粒子的受力情况必然发生变化，因此带电粒子要么做匀速直线运动，要么就做变加速曲线运动，当粒子做变加速曲线运动时，要利用洛伦兹力不做功的特点，用功能关系解决问题.［问题精析］

［问题1］如图所示，金属圆筒的横截面半径为R，筒内分布有匀强磁场，磁场方向垂直纸面，磁感应强度为B，磁场下面有一加速电场，一个质量为m(重力不计)，电量为q的带电粒子，在电场作用下，沿图示轨迹由静止开始从M点运动经过金属圆筒的小孔P到N点，在磁场中，带电粒子的速度方向偏转了θ=60°,求加速电场两极板间的电压.解析：带电粒子经过电场加速后获得一定的速度，进入磁场后做匀速圆周运动，根据带电粒子的偏转角度，可以求出带电粒子做圆周运动的半径大小，然后求出它的运动速度，从而求出加速电压.有问题请您反馈邮箱 HHBEIKAO@163.COM 《鼎尖教案》您的教学首选！欢迎您下载使用！

根据带电粒子进入磁场和到达N点的速度方向，作出与速度方向垂直的半径，确定轨迹圆的圆心，由几何知识可得带电粒子做圆周运动的半径为

r=Rtan60°=3R ①

带电粒子在做圆周运动过程中，由洛伦兹力提供向心力，所以 mv2=qvB r ②

带电粒子经电场加速后，电势能转化为带电粒子的动能，所以

qU=mv2 12

③

由①②③式可得

3qB2R2U=

2m［问题2］如图所示，x轴上方有一磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里的匀强磁场，x轴下方有电场强度为正方向竖直向下的匀强电场.现有一质量为m，电量为q的粒子从y轴上某一点由静止开始释放，若重力忽略不计，为使它能到达x轴上位置为x=L的点Q.求：

（1）粒子应带何种电荷？

（2）释放点的位置坐标.（3）从释放到抵达Q点经历的时间.解析：从静止开始释放的带电粒子要起动，应放在电场中，所以该带电粒子应放在－y轴上，因为x轴下方的电场方向是竖直向下的，而带电粒子在x轴方向有位移，带电粒子要运动到磁场中，所以该带电粒子应带负电荷.该粒子释放后，在电场力的作用下，沿y轴正方向匀加速运动到O点，继而进入x轴上方的匀强磁场中做匀速圆周运动，若其轨道半径恰好等于

L,则恰好能到达Q点，从出发点2到Q点的轨迹是一条直线加上半个圆周，假如释放点离O点的距离近一些，粒子进入磁场的速度就小一点，粒子运动半周后到不了Q点而要再次进入电场，做减速运动，速度减为零后反向加速再次以原速率进入磁场，开始做第二个半圆周运动，如果粒子在磁场中的轨道半径为L，则第二个半圆运动结束时，刚好到达Q点，以此类推，粒子出发点向O逐渐靠近，4L(n=1,2,3„).如图所示.2n又要能到达Q点，它在磁场中的轨道半径应等于 有问题请您反馈邮箱 HHBEIKAO@163.COM 《鼎尖教案》您的教学首选！欢迎您下载使用！

（1）该带电粒子应带负电荷.（2）设带电粒子在（0,－y）处静止释放，在电场力作用下匀加速运动到O点，以速度v进入磁场，则

12mv=qEy 2所以有v=2qEy m

①

粒子在磁场中的轨道半径为R，则

R=L(n=1,2,3„)2n带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力提供向心力，所以 mv2=qvB R9B2L28n2mE ②

由①②两式可得

y=

（3）设每段单方向匀变速直线运动的时间为t1，每个半圆周运动的时间为t2,带电粒子做匀变速直线运动时，只受电场力的作用，所以

y=·即为12qE2·t1 mqB2l28n2mEqE12··t1 2m所以t1=而t2=BL(n=1,2,3„)2nEm1T= qB2(2n1)BLnm 2nEqB运动的总时间为

t=(2n－1)t1+nt2=［问题3］如图所示，在真空环境中，长为L的两块平行金属板间分布有竖直向下的匀强电场，一群相同的带正电的离子组成的离子束，以初速度v0垂直于电场方向飞进平行板中，飞出电场中离子向下侧移的距离为d，现在在两板间再加一垂直于电场方向的匀强磁场，使离子束向上偏转，且向上侧移的距离也为d，求正离子从上侧飞出时的速度大小.有问题请您反馈邮箱 HHBEIKAO@163.COM 《鼎尖教案》您的教学首选！欢迎您下载使用！

解析：离子束在向下偏转过程中，只受电场力的作用，做类平抛运动，根据平抛运动的知识可以求出离子从下侧飞出时的速度大小为v，离子束在向上偏转时，同时受到电场力和洛伦兹力的作用，由于洛伦兹力时刻发生变化，所以离子做加速度改变的曲线运动，无法根据运动规律求出离子飞出时的速度大小；但是离子在运动过程中，所受的洛伦兹力不做功，只有电场力做功，由于离子向上飞出时，侧移的距离与向下飞出时侧移距离相等，所以电场力所做的功大小也相等，只不过在向上飞出时电场力做负功，向下飞出时电场力做正功，因此可以根据动能定理求出离子从上侧飞出时的速度v2的大小.离子从下侧飞出时做类平抛运动，离子在水平方向做匀速直线运动，在竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动，设离子飞出时，竖直方向的分速度为vy，故

L=v0t

d=vyt

得vy=2dv0 L12所以，离子从下侧飞出时的速率v1为 2dv1=v02vy2=v01()2L

①

离子从下侧飞出时，电场力对离子做正功，由动能定理可得

qEd=mv12－mv02 1212

②

离子从上侧飞出时，电场力对离子做负功，由动能定理可得 －qEd=11mv22－mv02 22

③

由①②③三式可得

L24d2v2=v0

L

有问题请您反馈邮箱 HHBEIKAO@163.COM

第二篇：带电粒子在磁场中的运动教案设计（最终版）

知识目标

1、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度方向垂直时，做匀速圆周运动．

2、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．

3、知道质谱仪的工作原理．

能力目标

通过推理、判断带电粒子在磁场中的运动性质的过程，培养学生严密的逻辑推理能力．

情感目标

通过学习质谱仪的工作原理，让学生认识先进科技的发展，有助于培养学生对物理的学习兴趣．

教材分析

本节重点是研究带电粒子垂直射入匀强磁场中的运动规律：半径以及周期，通过复习相关力学知识，利用力于运动的关系突破这一重点，需要注意的是：

1、确定垂直射入匀强电场中的带电粒子是匀速圆周运动；

2、带电粒子的重力通常不考虑。

教法建议

由于我们研究的是带电粒子在磁场中的运动情况，研究的是磁场力与运动的关系，因此教学开始，需要学生回忆相关的力学知识，为了引导学生分析推导粒子做匀速圆周运动的原因、规律，教师可以通过实验演示引入，让学生认真观察实验现象，结合运动和力的关系分析原因，总结规律，积极思考、讨论例题，对规律加深理解、提高应用能力．最后通过例题讲解，加深知识的理解．

教学设计方案

带电粒子在磁场中的运动 质谱仪

一、素质教育目标

（一）知识教学点

1、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度方向垂直时，做匀速圆周运动．

2、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．

3、知道质谱仪的工作原理．

（二）能力训练点

通过推理、判断带电粒子在磁场中的运动性质的过程，培养学生严密的逻辑推理能力．

（三）德育渗透点

通过学习质谱仪的工作原理，理解高科技的巨大力量．

（四）美育渗透点

用电子射线管产生的电子做圆周运动的精美图像感染学生，提高学生对物理学图像形式美的审美感受力．

二、学法引导

1、教师通过演示实验法引入，复习提问法引导学生分析推导粒子做匀速圆周运动的原因、规律．通过例题讲解，加深理解．

2、学生认真观察实验现象，结合运动和力的关系分析原因，总结规律，积极思考、讨论例题，对规律加深理解、提高应用能力．

三、重点难点疑点及解决办法

1、重点

带电粒子垂直射入匀强磁场中的运动半径和运动周期．

2、难点

确定垂直射入匀强磁场中的带电粒子运动是匀速圆周运动．

3、疑点

带电粒子的重力通常为什么不考虑？

4、解决办法

复习力学知识、引导同学利用力与运动的关系分析，讨论带电粒子在磁场中的运动情况。

四、课时安排

1课时

五、教具学具准备

演示用特制的电子射线管。

六、师生互动活动设计

教师先通过演示实验引入，再启发引导学生用力学知识分析原因，推导规律，通过例题讲解，学生思考和讨论进一步加深对知识的理解，提高学生运用知识解决实际问题的能力。

七、教学步骤

（一）明确目标

（二）整体感知

本节教学首先通过演示实验告诉学生，当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动这一结论，然后试着用力与运动的关系分析粒子为什么做匀速圆周运动，再由学生推导带电粒子在磁场中的运动半径和周期，根据力学知识，重点是理解运动半径与磁感应强度、速度的关系；运动周期与粒子速率和运动半径无关．

（三）重点、难点的学习与目标完成过程

1、引入新课

上一节我们学习了洛仑兹力的概念，我们知道带电粒子垂直磁场方向运动时，会受到大小，方向始终与速度方向垂直的洛仑兹力作用，今天我们来研究一下，受洛仑兹力作用的带电粒子是如何运动的？

2、粒子为什么做匀速圆周的运动？

首先通过演示实验观察到，当带电粒子的初速度方向与匀强磁场方向垂直时，粒子的运动轨道是圆．

在力学中我们学习过，物体作匀速圆周运动的条件是物体所受的合外力大小不变，方向始终与速度方向垂直．当带电粒子垂直于匀强磁场方向运动时，通常它的重力可以忽略不计（请同学们讨论），可看作只受洛仑兹力作用，洛仑兹力方向和速度方向在同一个平面内，由于洛仑兹力方向总与速度方向垂直，因而它对带电粒子不做功，根据动能定理可知运动粒子的速度大小不变，再由 可知，粒子在运动过程中所受洛仑兹力的大小即合外力的大小不变，根据物体作匀速圆周运动的条件得出带电粒子垂直匀强磁场运动时，作匀速圆周运动．

3、粒子运动的轨道半径和周期公式

带电粒子垂直于匀强磁场方向运动时做匀速圆周运动，其向心力等于洛仑兹力，请同学们根据牛顿第二定律，推导带电粒子的运动半径和周期公式．

经过推导得出粒子运动半径，运动周期。

运用学过的力学知识理解，当粒子运动速度较大时，粒子要离心运动，其运动半径增大，所以速度大，半径也大；当磁场较强时，运动电荷受洛仑兹力增大，粒子要向心运动，其运动半径减小，所以磁感应强度大，半径小．由于带电粒子运动速度大时，其运动半径大，运动轨迹也长，可以理解粒子运动的周期与速度的大小和轨道半径无关．为了加深同学们对半径和周期公式的理解，举下面的例题加以练习．

［例1］同一种带电粒子以不同的速度垂直射入匀强磁场中，其运动轨迹如图所示，则可知

（1）带电粒子进入磁场的速度值有几个？

（2）这些速度的大小关系为 ．

（3）三束粒子从O点出发分别到达1、2、3点所用时间关系为 ．

4、质谱仪

首先请同学们阅读课本上例题的分析求解过程，然后组织学生讨论质谱仪的工作原理．

（四）总结、扩展

本节课我们学习了带电粒子垂直于匀强磁场运动的情况，经过实验演示和理论分析得出粒子做匀速圆周运动．并根据牛顿运动定律得出粒子运动的半径公式和周期公式．最后我们讨论了它的一个具体应用——质谱仪．

但应注意的是如果带电粒子速度方向不是垂直匀强磁场方向时，带电粒子将不再是作匀速圆周运动．

八、布置作业

（1）P156（1）～（6）

第三篇：高二物理教案磁场-带电粒子在磁场中的运动3

带电粒子的圆周运动

一、教学目标

1．在物理知识方面：

（1）理解带电粒子在匀强磁场中垂直于磁场方向运动时，为什么会做匀速圆周运动．

（2）掌握带电粒子做圆周运动的半径公式与周期公式及其推导过程．（3）了解回旋加速器的工作原理，加深对半径公式与周期公式的理解． 2．在培养学生能力方面，通过引导学生由洛仑兹力对运动电荷的作用力的分析，逐步得出带电粒子在磁场中的运动规律，以及通过让学生推导半径公式、周期公式等教学过程，培养学生的迁移能力，体会如何用已学知识来探讨研究新问题．

3．通过对回旋加速器的介绍，开阔学生眼界，了解物理学知识在高新科技领域的应用，激发学生学习物理知识的兴趣．

二、重点、难点分析

1．通过对运动电荷所受洛仑兹力的分析及观察演示实验，使学生得出带电粒子垂直于磁场方向运动时，一定做匀速圆周运动的结论是本节重点之一．

与周期T与哪些因素有关是本节又一重点．

3．“回旋加速器”是选修内容，电场、磁场在回旋加速器中的作用，电场变化周期与粒子在磁场中做圆运动的周期之间的关系是这部分教学的难点．

三、教具

1．ZJ82－B型洛仑兹力演示仪． 2．挂图：回旋加速器工作原理图．

四、主要教学过程

1．提出问题，引入新课

提问（1）：如图1所示，匀强磁场方向垂直纸面向里，一带负电的粒子以速度v垂直于磁场方向运动，磁场对电荷有什么作用？作用力的方向及大小如何？

总结学生的回答：运动电荷受到洛仑兹力f的作用，作用力的方向与速度方向垂直，力的方向与速度方向在同一平面内，作用力的大小f=Bqv． 提问（2）：根据牛顿第二定律，洛仑兹力对电荷的运动将产生什么样的作用？

总结学生的回答：根据牛顿第二定律，洛仑兹力使电荷沿力的方向产生与速度方向垂直的加速度，这个加速度将使电荷运动方向发生改变．

提问（3）：洛仑兹力会不会使电荷速度大小发生改变？为什么？ 总结学生的回答：不会，因为洛仑兹力方向总是与速度方向垂直，所以洛仑兹力对电荷不做功，电荷的动能不变，所以速度大小不变

这里还应强调由于洛仑兹力f=Bqv，当v的大小不变，f的大小也不会变． 提问（4）：电荷在以后的运动过程中所受的洛仑兹力有什么特点，在这样的力的作用下电荷会做什么样的运动？

总结学生的回答：电荷在运动过程中洛仑兹力的大小恒定，方向时刻与电荷运动方向垂直，这个力与物体做匀速圆周运动的向心力所起的效果完全相同，因此带电粒子将在垂直磁场方向的某平面内做匀速圆周运动，如图2所示．

以上是通过理论分析得出的结论，下面用实验来验证一下． 2．演示带电粒子在磁场中的圆周运动

（1）介绍实验装置及实验原理，告诉学生实验中的匀强磁场是由两个平行的通电环形线圈产生的，改变环形电流的强度可以改变磁场的强弱．

（2）演示带电粒子在电场中被加速后的直线运动轨迹．

（3）演示当建立与速度方向垂直的磁场后，带电粒子做圆周运动的轨迹，引导学生注意观察带电粒子圆周运动所在的平面与磁场方向的关系．

（4）改变加速电场的电压，观察粒子圆周运动的半径发生什么样的变化；改变磁场的强弱，观察圆周运动的半径发生什么样的变化．

通过以上教学过程可以使学生得出结论：当带电粒子垂直于磁场方向运动时，在洛仑兹力的作用下，带电粒子将做匀速圆周运动．

下面根据演示中观察到圆半径会因某些因素变化而改变的现象，进一步讨论圆周运动的半径与周期．

3．圆周运动的半径与周期公式（这部分教学以学生自己推导为主）（1）圆周运动的半径公式

首先让学生回忆当物体做匀速圆周运动时，向心力与物体速度、圆半径之间有关系式

然后引导学生思考：带电粒子在磁场中做圆周运动的向心力是谁提供的？其大小与什么有关？让学生自己推导得出：

老师总结：带电粒子做圆周运动的半径与磁感应强度B、粒子质量m、电量q及运动速率的大小有关；并对演示实验中半径变化原因做出解释．（2）周期公式

让学生思考：如果知道了圆周运动的半径及粒子的速率，如何求出粒子转一圈所用的时间，即圆周运动的周期？使学生自己推导得出

老师可提醒学生注意，虽然推导T时涉及了半径r与速率v，但最后结果中T的大小与r、v都无关．

例：已知氢核与氦核的质量之比m1∶m2=1∶4，电量之比q1∶q2=1∶2，当氢核与氦核以相同的动量，垂直于磁场方向射入磁场后，分别做匀速圆周运动，则氢核与氦核半径之比r1∶r2=______周期之比T1∶T2=______．若它们以相同的动能射入磁场后，其半径之比r′1∶r′2 =______周期之比T′1∶T′2 =______

解：（1）以相同动量射入磁场后，根据半径公式有：

由于周期只与B、m、q有关，与v、r无关，所以

4．介绍回旋加速器的工作原理

在现代物理学中，人们为探索原子核内部的构造，需要用能量很高的带电粒子去轰击原子核，如何才能使带电粒子获得巨大能量呢？如果用高压电源形成的电场对电荷加速，由于受到电源电压的限制，粒子获得的能量并不太高．美国物理学家劳伦斯于1932年发明了回旋加速器，巧妙地利用较低的高频电源对粒子多次加速使之获得巨大能量，为此在1939年劳伦斯获诺贝尔物理奖．那么回旋加速器的工作原理是什么呢？

学生自己阅读教材． 展示挂图（图3）． 可根据情况先由学生讲解后老师再总结．

在讲解回旋加速器工作原理时应使学生明白下面两个问题：

（1）在狭缝A′A′与AA之间，有方向不断做周期变化的电场，其作用是当粒子经过狭缝时，电源恰好提供正向电压，使粒子在电场中加速．狭缝的两侧是匀强磁场，其作用是当被加速后的粒子射入磁场后，做圆运动，经半个圆周又回到狭缝处，使之射入电场再次加速．

（2）粒子在磁场中做圆周运动的半径与速率成正比，随着每次加速，半径不断增大，而粒子运动的周期与半径、速率无关，所以每隔相

就可使粒子每到狭缝处刚好得到正向电压而加速．

老师还可向学生介绍回旋加速器的局限性以及当前各类加速器的性能及北京郊区正负电子对撞机的有关情况．

（教材使用人教社高级中学课本物理第二册──必修）

第四篇：带电粒子在磁场中的运动”一节的多媒体教学设计

带电粒子在磁场中的运动”一节的多媒体教学设计

首都师范大学附属育新学校 陈世平

物理学是一门实验科学，而在课堂教学中有些实验演示效果不明显或无法在短时间内实现，这些实验对教学又有很大作用；为此利用计算机的模拟动画（C语言编程），展示物理现象和过程，揭示物理规律，画龙点睛地突破教学的重点和难点乃是现代教学方法中一种有效途径。下面，以我上的一堂“带电粒子在磁场中的运动”多媒体展示课，谈谈一些具体做法和体会。

一、电脑模拟，展示过程

带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹是本课教学的重点之一，如何让学生学会通过观察、分析实验，从而得出结论，这是一个思维方法的训练，也是逐步培养学生能力的过程。为此，我利用电脑模拟动画，将“物体在重力作用下做平抛运动”和“物体在向心力作用下做匀速圆周运动”展现在大屏幕上，如下图：

然后引导学生对比分析、归纳得出结论：运动电荷在匀强磁场中做匀速圆周运动。在这一过程中，多媒体的优势得到了充分的体现：第一、它展示的动态画面新颖、生动，可从视觉上吸引学生的注意力；第二、它可以使物理过程的快慢随意调节，充分满足学生在观察上的需要；第三、二个动态过程集中在一个画面上，对比性强，便于分析。

二、多媒体研究，突破难点

半径公式、周期公式的理解和掌握是本课教学的又一重点，也是难点。由于运动电荷在匀强磁场中做匀速圆周运动的过程不易演示，尤其是周期与速度无关这一事实无法演示，故以往在教学中，教师只能在黑板上“演示”、分析，学生较难理解。利用多媒体辅助教学，能较好地解决这一难题。我设计制作的多媒体教学课件投影展示在大屏幕上，如下图。（说明：图1和图2，通过敲电脑的任意键来改变粒子的电量和速率；图3是两粒子的速率不同，但它们同时出发，同时到达起点；图4是两粒子的质量不同，它们同时出发，但不同时到达起点）

Value q=q+0.05

图 １

通过多媒体模拟动画的展示，并改变不同参数，以改变不同的条件，很容易得出：B、mv一定时，R∝1/q；B、q一定时，R∝mv；T与v无关；B、q一定时，T∝m等结论。在这个过程中，又一次体现出多媒体的优势：改变参数方便，模拟效果显著；能增加学生的感性认识，对更好地理解和掌握知识有很大的促进作用，能起到事半功倍的教学效果。

三、发挥多媒体优势，巩固知识

新课教学到此告一段落，为了巩固新知识，我设计了三个练习题，展示及说明如下：

B

A

题 1 图

题 2 图

题 3 图

题1：观察粒子的运动，判断粒子的带电情况，并讨论在m、q相同时，①和③两粒子的速度大小。

题2：粒子的m、q（负），v及r与x轴的夹角θ已知，B也已知，粒子从坐标圆点出发，试画出圆运动的轨迹示意图，并求圆心坐标。

题3：带负电粒子在Y轴上由P点出发，能到达X轴上的A点，试分析：P点的大致位置；A点的X轴坐标满足什么条件？ 通过提问、引导学生分析，结合多媒体模拟展示，最后归纳出三个题的解答，并展示到大屏幕上。在这一过程中，多媒体的优势再一次得以发挥：首先，学生的练习题书面解答（如第2题）可直接展示到大屏幕上，便于分析；其次，把板书和图像能集中在一个大屏幕上，不会分散学生的注意力。

利用多媒体辅助教学，必将起到不可低估的作用。今后，还要加强学习，在教学课件的设计和制作中还需进一步修改，完善和创新。同时还要创造条件，在利用多媒体的“交互功能”方面，作进一步的探索、研究和实践。

第五篇：运动电荷在磁场中受力教学设计

《运动电荷在磁场中受到的力》教学设计

【学情分析】

普通高中课程标准实验教科书物理选修3—1第三章第五节《运动电荷在磁场中受到的力》既是安培力知识的延续，又是下一节《带电粒子在匀强磁场中的运动》的铺垫。高二的学生已具有一定的观察能力和逻辑推理能力，对现象──猜想──理论推导──实验验证等科学研究方法有一定的基础，本节课通过实验创设各种问题情景、引导，激发学生学习的兴趣，促进学生思维。学生通过讨论，体验科学探究的方法和过程，对物理知识能有进一步的理解，从而把传授知识与能力的培养有机的结合在一起，让学生掌握分析研究物理的基本方法与技能，为日后的学习及进行其它问题探究奠定基础。

【教学目标】

1．知识与技能：

①知道什么是洛伦兹力，会判断洛伦兹力的方向；

②知道洛伦兹力大小的推导过程；

③会利用本节课学的知识简单解释电视显像管的工作原理。

2．过程与方法：

①通过对安培力微观本质的猜测，培养学生的联想和猜测能力；

②通过推导洛伦兹力的公式，培养学生的逻辑推理能力；

③通过演示实验，培养学生的观察能力。

3．情感态度与价值观：

培养学生的科学思维和研究方法，培养学生的观察、分析、推理能力。激发学生热爱学习的欲望。

【教学重点、难点】

重点：洛伦兹力方向的判断方法和洛伦兹力大小计算。

难点：洛伦兹力计算公式的推导过程。

【实验器材及教学媒体的选择与使用】

阴极射线管、蹄形磁铁、多媒体投影系统

【教学方法】

讲授法、实验法、讨论法。

【教学过程】

复习提问：

1、什么是安培力

2、安培力的大小和方向

一、探究：运动电荷在磁场中是否受到力的作用？

推理猜想：电荷的运动形成电流，电流在磁场中能受力，运动电荷也应该能受力

实验验证：

（1）阴极射线管介绍：灯丝加热放出电子，电子在加速电场的作用下高速运动形成的电子流。电子轰击到“7”字型长条的荧光屏上，激发荧光，显示电子束的运动轨迹。

（2）演示：

①在没有外磁场时，电子束沿直线运动

提问：电子束的直线运动说明了什么？

电子不受力的作用。

②将蹄形磁铁靠近电子射线管，发现电子束运动轨迹发生了偏转。

提问：电子束的偏转说明了什么？

电子受到力的作用。

（3）结论：磁场对运动电荷有力的作用，猜想成立。

磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力。之所以叫洛伦兹力是为了纪念荷兰物理学家洛伦兹。

引导学生得出洛伦兹力与安培力的关系：安培力是大量定向移动的电荷所受洛伦兹力的宏观表现，洛仑兹力是安培力的微观本质。

洛伦兹力既然是一个力，那我们应该研究它的什么呢？

方向、大小。

二、探究洛伦兹力的方向

1． 问题： 洛伦兹力方向如何判断？

2.根据洛仑兹力与安培力的关系，学生应该能猜想出：左手定则？

3.实验验证

再次观看演示实验，进一步观察电子束垂直进入磁场时的偏转，并改变磁场方向。在屏幕上作图表示，验证洛伦兹力的方向是否可以用左手定则判定。

设计思想：体现物理是以实验为基础的学科，科学实验是揭示自然规律的重要方法和手段。培养学生科学研究最基本的思维方法：分析推理──猜想──实验验证──得出结论。

引导学生总结洛伦兹力的方向的判断──左手定则的具体内容：

伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，让磁感线垂直穿入手心，若四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向，若四指指向是负电荷运动的反方向，那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。

洛仑兹力的特点：（1）F洛⊥vB平面（2）洛仑兹力不做功

（强调：四指指向是负电荷运动的反方向）

三、洛伦兹力大小的探究

安培力是洛伦兹力的宏观表现，两者方向判断方法相同，大小是否也存在某种联系？能否通过电流受到的安培力导出运动电荷受到的洛伦兹力的大小呢？

点拨学生：建立物理模型，注意分析问题情景的关键点。

分组讨论

问题情景：设有一段横截面积为S的通电导线，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，定向移动的平均速率为v，取时间t内电荷经过的长度对应的导体为研究对象（先建立物理模型，课件中有模型图，再循序渐进有条理地推导，这一个过程可放手让学生完成，体现学习的自主性。）

1．算出q与电流I的关系？（I=nqvS）

2．在时间t内的通过截面的粒子数为多少？（N=nvSt）

3．导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中，导线受到的安培力有多大？（F安=BIL）

4．安培力可以看做是作用在每个运动电荷上的洛伦兹力的合力，则每个电荷所受的洛伦兹力多大？（F洛=qvB）

设计思想：这是本课的难点，结合教材中的思考与讨论、根据学生的认识规律将复杂问题简单化，设置四个小问题让学生依次去探究，这样就为学生提供解决问题的逻辑线索，降低解决问题的难度，锻炼学生的逻辑推理能力。在推理过程中，渗透宏观世界与微观世界的联系，以及解决物理问题的一种思想（通过设置一些中间量，最后将其消掉得出我们所需要的结论）。

（巡视学生推导情况并进行根据实际情况，进行个别指导点评学生的成果，并进一步引导学生分析结论）

提问：该公式F洛=qvB的适用条件是什么？（电荷的运动方向与磁场方向垂直）

当v∥B时，F洛=0（类比安培力，B∥L时F安=0）

当v与B方向成θ时，F洛=qvBsinθ

设计思想：将安培力和洛伦兹力的大小关系作比，既能自然地推导出洛伦兹力的大小，又能将洛伦兹力和安培力的处理方法有效统一，提高教学效率

[例题] 如图所示，匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的运动速度均为v，带电荷量均为q。试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小，并标出洛伦兹力的方向。

四、洛伦兹力的实际应用

理论来自于实践，更要服务于实践。

电视显像管的工作原理

（1）构造：由电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等组成，介绍各部分的作用。

（2）原理：应用电子束磁偏转的道理。电视显像管应用了电子束在磁场中的偏转原理。电子束射向荧光屏就能发光，一束电子束只能使荧光屏上的一个点发光，而通过偏转线圈中磁场的作用电子就会偏转，就可以使整个荧光屏发光

【课堂小结】

（让学生去总结本节课的主要内容）

安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力微观表现。

洛伦兹力的方向：左手定则

洛伦兹力大小：电荷的运动方向与磁场方向垂直，F洛=qvB电荷的运动方向与磁场方向平行，F洛=0当v与B既不垂直，又不平行时，F洛=qvBsinθ

【课堂训练】

1、如图3所示，某一带电粒子垂直射入一个垂直纸面向外的匀强磁场，并经过P点，试判断带电粒子的电性。

2、带电量为＋q的粒子，在匀强磁场中运动，下面说法正确的是（）

A、只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就相同

B、如果把＋q改为－q，且速度反向大小不变，则所受的洛伦兹力大小、方向均不变

C、只要带电粒子在磁场中运动，就一定受洛伦兹力作用

D、带电粒子受洛伦兹力小，则该磁场的磁感应强度小

3、如图甲所示,一个带正电荷的小球沿光滑水平绝缘的桌面向右运动.飞离桌子边缘A,最后落在地板上,设有磁场时其着地速度大小为v1；若撤去磁场,其余条件不变时,小球着地速度大小为v2,则（）A.v1

B.v1>v2

C.v1＝v2

D.无法确定

4、如上图，一长直螺线管通有电流，一个电子以速度v沿着螺线管的轴线射入管内，则电子在管内的运动情况是（）A、匀加速运动

B、匀减速运动 C、匀速直线运动

D、在螺线管内来回往复运动

【课外探究，发散思维】

让学生根据所本节所学的知识去探究生活和科技中还有哪些应用洛伦兹力的例子，课后进行交流。这样设计可以增强学生学习的兴趣，开阔学生的视野，使学生的思维得到发散。【作业】课后“思考与讨论”、一张洛伦兹力自测卷 【教学反思】

1．教学各项目标基本完成。

2．现象——分析推理──猜想──实验验证──得出结论是科学研究最基本的思维方法，要给学生更多的思维空间，探究层次还可深入些。

3．课堂处理过程要注意关键位置的引导，还应更关注学生的个体差异。

4．在今后教学中多设置探究题目，让学生探究得出结论，培养学生自主学习的能力，提高教学效率。