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高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 带电粒子在匀强磁场中的运动教案设计
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这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 带电粒子在匀强磁场中的运动教案设计，共7页。
课 题
人教版高中物理·选择性必修·第二册
第一章第3节 带电粒子在匀强磁场中的运动
课 型
新授课☑ 复习课□ 试卷讲评课□ 其他课□
授课班级
授课时间
教学内容分析
课标要求：
能用洛伦兹力分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动。了解带电粒子在匀强磁场中的偏转及其应用。
教材分析：
本节教材的内容属于洛伦兹力知识的应用，教材采用了先理论分析与推导再实验验证的顺序。这样的研究过程比较符合物理学的研究思路，同时使得前面学习过的力学知识与洛伦兹力产生了紧密的联系。通过力学知识的学习，学生对物体做匀速圆周运动的条件有了清晰的了解。对于带电粒子垂直于磁感应强度的方向进人磁场，根据带电粒子受到的洛伦兹力的特点，教师可以引导学生分析出:①粒子的运动方向和洛伦兹力的方向始终处于垂直于磁感应强度的平面内;②洛伦兹力不做功，不影响带电粒子运动的速度大小。进而得知洛伦兹力充当向心力，并推导得出半径的公式。得出理论分析的结论后，再做教材图1.3-2的实验，通过实验证明带电粒子做的是匀速圆周运动。让学生在这一学习过程中对理论与实践相结合的研究方法有所体会，并且在学习过程中体验到成功的喜悦。
学情分析
知识储备：在此之前学生已经学习了匀速圆周运动、洛伦兹力等知识，特别是对匀速圆周运动有了深刻的认识，但是由于刚刚学习洛伦兹力，对洛伦兹力的理解较浅，需要加强训练以巩固知识。
能力基础：高二学生具有较成熟的抽象思维能力，能够运用归纳、推理等方法解决一些问题，而且好奇心强，乐于思考，已具备一定的基础知识和技能。但认知还比较浅，而且对待问题缺乏耐心和信心，对教师有一定的依赖，需要鼓舞和激励。
思维能力：进一步学会观察、分析、推理，培养科学思维和研究方法。
核心素养
物理观念：洛伦兹力的性质。
科学思维：通过洛伦兹力性质与平面几何知识的结合，分析带电粒子在磁场中的运动轨迹。
科学探究：采用洛伦兹力演示仪，通过控制变量法，研究影响电子束运动轨迹的因素。
科学态度与责任：研究洛伦兹力在质谱仪、回旋加速器中的应用原理。
教学准备
多媒体课件
活动设计
教学内容
教师活动
学生活动
评价任务
环节一：导入新课
活动一:展示学习目标
1.知道带电粒子沿着与磁场垂直的方向射人匀强磁场会在磁场中做匀速圆周运动，能推导出匀速圆周运动的半径公式和周期公式，能解释有关的现象，解决有关实际问题。
2.经历实验验证带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动以及其运动半径与磁感应强度的大小和入射速度的大小有关的过程，体会物理理论必须经过实验检验。
3.知道洛伦兹力作用下带电粒子做匀速圆周运动的周期与速度无关，能够联想其可能的应用。能用洛伦兹力分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动。了解带电粒子在匀强磁场中的偏转及其应用。
让学生明确学习目标，做到有的放矢；
课后根据目标，学生自我评价得失情况。
活动二：情境导入
创设情境，导入新课
在现代科学技术中，常常要研究带电粒子在磁场中的运动。如果沿着与磁场垂直的方向发射一束带电粒子，请猜想这束粒子在匀强磁场中的运动径迹，你猜想的依据是什么？
观察分析，脑海中生成疑问。
通过同学们很少见到但有确确实实存在的奇妙的或者是令人担忧的物理现象，抓住学生的思维活跃点，激发学生的好奇心，使其产生求知欲。
活动三 ：问题导入
提出问题，进一步激发学生的学习兴趣
【提出问题】：1、如果沿着与磁场垂直的方向发射带电粒子，带电粒子受到的洛伦兹力的方向怎样？
2、洛伦兹力与带电粒子的运动方向是否处于同一平面内？
3、带电粒子做什么运动？
学生思考教师提出的问题，然后大胆猜想。
让学生产生疑问，解决问题，激发学生是兴趣。
环节二：新课教学
活动一：带电粒子在匀强磁场中的运动
带电粒子在匀强磁场中的运动
1、一个质量为 1.67×10-27 kg、电荷量为 1.6×10-19 C 的带电粒子，以 5×105m/s 的初速度沿与磁场垂直的方向射入磁感应强度为 0.2 T 的匀强磁场。求出粒子所受的重力和洛伦兹力的大小之比。
2、已知带电粒子的质量为m，电荷量为q，速度大小为v，磁感应强度为B，以下列不同方式进入磁场将做什么运动？（不计重力）
= 1 \* GB3 ①v ∥B进入磁场；
= 2 \* GB3 ②v ⊥B进入磁场。
PPT展示题目
引导学生进行计算，提出问题：带电粒子在磁场中运动时洛伦兹力和重力的大小有什么特点？
PPT展示问题和图片：
引导学生回忆洛伦兹力方向的判断和特点。
教师展示带电粒子的受力分析。
提出问题：我们学过的知识中有哪一种运动中力与速度方向总是垂直的？
教师引导学生得出带电粒子在磁场中运动的情况。
学生认真审题并进行计算，得出结果。
在教师的引导下进行观察得出结论：
带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力远大于重力，重力作用的影响可以忽略。
小组讨论：学生思考并进行受力分析，得出结论。
学生回忆洛伦兹力的方向的判断和特点并回答。
各小组将讨论形成的结果与教师展示的受力分析进行对比，检查自己的答案。
学生回忆并回答：匀速圆周运动。
学生总结得出结论：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。
查看学生的计算情况，通过实际粒子引发学生的思考，培养学生的观察及判断能力。
分组讨论，培养学生的合作探究能力。
进行知识的衔接，加强学生的记忆。
实施检验，进行反馈。
教师引导学生进行总结，培养学生的归纳概括能力。
活动二：实验验证：用洛伦兹力演示仪观察运动电子在匀强磁场中的运动
1、如何验证带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动？
【演示实验】洛伦兹力演示仪。
2、实验现象：
（1）不加磁场时，电子束的径迹是直线。
（2）外加匀强磁场时，电子束的径迹是圆周。
介绍洛伦兹力演示仪：
请同学们观看PPT或者教材P14洛伦兹力演示仪。（教师介绍洛伦兹力演示仪的构造、原理和用途）
提问：（以下情况均不考虑电子束的重力）
（1）不加磁场时，电子束的径迹如何？
（2）外加垂直于纸面的磁场时，电子束的径迹如
何？
（3）外加垂直于纸面的磁场，保持加速电压不变，
改变磁感应强度，电子束的径迹如何？
（4）外加垂直于纸面的磁场，保持磁感应强度不变，
改变出射电子的速度，电子束的径迹又如何？
演示实验：按序号顺序依次进行实验。
观察到现象：
（1）不加磁场时，电子束的径迹是直线；
（2）外加匀强磁场时，电子束的径迹是圆周；
（3）外加磁场越弱，运动的半径越大；
（4）电子束的出射速度越大，运动的半径越大。
师生总结：
带电粒子在垂直于匀强磁场方向的平面内做匀速圆
周运动，洛伦兹力提供向心力。洛伦兹力不改变带
电粒子的速度大小，不对带电粒子做功，不改变粒
子的能量。
认真听课，思考该仪
器的用途以。
积极参与课堂讨论，
提出猜想。
认真观看教师演示，
对比自己的猜想，是
否正确。
认真分析实验现象。
同教师一起总结。
先介绍实验仪器的构造、原理和用途，以备使用。
这4个问题是本节课要解决的主要问题，让学生 大 胆 地 去 猜想，培养学习迁移的能力。
通过实验验证猜想，既可以激发学习热情，也可以使得结论更具有说服力。
和教师一起总结观 察到的实验现象，培养实验探究的科学思维方法。
活动三：带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期
1、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径
带电粒子只受洛伦兹力下做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力：
qvB=mv2r
得
r=mvqB
提出问题：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力由什么力提供？其半径与粒子的速度、磁场的磁感应强度有什么关系呢？
巡视课堂，查看学生的推导情况，并进行纠错。
课件展示：
由
qvB=mv2r
得
r=mvqB
积极思考，参与课堂
讨论。尝试推导半径
的表达式。
对比课件上的推导过程，检查并反思存在的问题。
综合考察学生的 学习迁移能力和思考能力。
2、带电粒子在磁场中做圆周运动的周期
带电粒子在磁场中做圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，所以有：
qvB=mv2r
得
T=2πmqB
提出问题：你能根据以前所学的知识，推导一下带电粒子在匀强磁场做圆周运动的周期规律吗？
引导学生进行推导。
巡视学生推导情况，并进行纠错。
课件展示：
方法一：根据匀速圆周运动规律
T=2πrv
又
r=mvqB
得
T=2πmqB
方法二：根据向心力与周期关系
qvB=m4π2rT2
又
r=mvqB
得
T=2πmqB
提出问题：请同学们观看周期的公式，有什么特点？
师生总结：由此看出周期由磁场和粒子的荷质比决定，而与粒子的速度和轨道半径无关。
回忆圆周运动与周期相关的公式，并尝试推导。
对比课件上的推导过程，检查自己的推导过程并反思。
观察公式并思考特点。
经历了缜密的推导过程，培养逻辑思维能力。
加深对带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式和周期公式的理解。
环节三：课堂练习 例题讲解
一个质量为 1.67×10-27 kg、电荷量为 1.6×10-19 C 的带电粒子，以 5×105 m/s 的初速度沿与磁场垂直的方向射入磁感应强度为 0.2 T 的匀强磁场。求：
（1）粒子在磁场中运动的轨道半径；
（2）粒子做匀速圆周运动的周期。
多媒体展示例题
巡视学生解题习惯、过程、情况等，必要时可让学生上台展示
教师讲解
学生思考并在草稿本上写下解题过程
让学生先做一遍，可以很好的培养学生独立解决问题的能力。
环节四：课堂小结
学到了什么？
引导学生小结
小组讨论，总结本节课得失
环节五：作业设计
P16 练习与应用
1、2题
指导学生完成练习，面批练习。
按要求完成练习。
从完成情况和书写情况等方面进行评价。
主板书设计
§1.3 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
1.当 v // B 时，粒子做匀速直线运动；
2.当 v B 时，粒子做匀速圆周运动：
二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期
1.半径： r=mvqB
2.周期： T=2πmqB
注：周期由磁场和粒子的荷质比决定，而与粒子的速度和轨道半径无关。
教学反思
课 题
人教版高中物理·选择性必修·第二册
第一章第3节 带电粒子在匀强磁场中的运动
课 型
新授课☑ 复习课□ 试卷讲评课□ 其他课□
授课班级
授课时间
教学内容分析
课标要求：
能用洛伦兹力分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动。了解带电粒子在匀强磁场中的偏转及其应用。
教材分析：
本节教材的内容属于洛伦兹力知识的应用，教材采用了先理论分析与推导再实验验证的顺序。这样的研究过程比较符合物理学的研究思路，同时使得前面学习过的力学知识与洛伦兹力产生了紧密的联系。通过力学知识的学习，学生对物体做匀速圆周运动的条件有了清晰的了解。对于带电粒子垂直于磁感应强度的方向进人磁场，根据带电粒子受到的洛伦兹力的特点，教师可以引导学生分析出:①粒子的运动方向和洛伦兹力的方向始终处于垂直于磁感应强度的平面内;②洛伦兹力不做功，不影响带电粒子运动的速度大小。进而得知洛伦兹力充当向心力，并推导得出半径的公式。得出理论分析的结论后，再做教材图1.3-2的实验，通过实验证明带电粒子做的是匀速圆周运动。让学生在这一学习过程中对理论与实践相结合的研究方法有所体会，并且在学习过程中体验到成功的喜悦。
学情分析
知识储备：在此之前学生已经学习了匀速圆周运动、洛伦兹力等知识，特别是对匀速圆周运动有了深刻的认识，但是由于刚刚学习洛伦兹力，对洛伦兹力的理解较浅，需要加强训练以巩固知识。
能力基础：高二学生具有较成熟的抽象思维能力，能够运用归纳、推理等方法解决一些问题，而且好奇心强，乐于思考，已具备一定的基础知识和技能。但认知还比较浅，而且对待问题缺乏耐心和信心，对教师有一定的依赖，需要鼓舞和激励。
思维能力：进一步学会观察、分析、推理，培养科学思维和研究方法。
核心素养
物理观念：洛伦兹力的性质。
科学思维：通过洛伦兹力性质与平面几何知识的结合，分析带电粒子在磁场中的运动轨迹。
科学探究：采用洛伦兹力演示仪，通过控制变量法，研究影响电子束运动轨迹的因素。
科学态度与责任：研究洛伦兹力在质谱仪、回旋加速器中的应用原理。
教学准备
多媒体课件
活动设计
教学内容
教师活动
学生活动
评价任务
环节一：导入新课
活动一:展示学习目标
1.知道带电粒子沿着与磁场垂直的方向射人匀强磁场会在磁场中做匀速圆周运动，能推导出匀速圆周运动的半径公式和周期公式，能解释有关的现象，解决有关实际问题。
2.经历实验验证带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动以及其运动半径与磁感应强度的大小和入射速度的大小有关的过程，体会物理理论必须经过实验检验。
3.知道洛伦兹力作用下带电粒子做匀速圆周运动的周期与速度无关，能够联想其可能的应用。能用洛伦兹力分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动。了解带电粒子在匀强磁场中的偏转及其应用。
让学生明确学习目标，做到有的放矢；
课后根据目标，学生自我评价得失情况。
活动二：情境导入
创设情境，导入新课
在现代科学技术中，常常要研究带电粒子在磁场中的运动。如果沿着与磁场垂直的方向发射一束带电粒子，请猜想这束粒子在匀强磁场中的运动径迹，你猜想的依据是什么？
观察分析，脑海中生成疑问。
通过同学们很少见到但有确确实实存在的奇妙的或者是令人担忧的物理现象，抓住学生的思维活跃点，激发学生的好奇心，使其产生求知欲。
活动三 ：问题导入
提出问题，进一步激发学生的学习兴趣
【提出问题】：1、如果沿着与磁场垂直的方向发射带电粒子，带电粒子受到的洛伦兹力的方向怎样？
2、洛伦兹力与带电粒子的运动方向是否处于同一平面内？
3、带电粒子做什么运动？
学生思考教师提出的问题，然后大胆猜想。
让学生产生疑问，解决问题，激发学生是兴趣。
环节二：新课教学
活动一：带电粒子在匀强磁场中的运动
带电粒子在匀强磁场中的运动
1、一个质量为 1.67×10-27 kg、电荷量为 1.6×10-19 C 的带电粒子，以 5×105m/s 的初速度沿与磁场垂直的方向射入磁感应强度为 0.2 T 的匀强磁场。求出粒子所受的重力和洛伦兹力的大小之比。
2、已知带电粒子的质量为m，电荷量为q，速度大小为v，磁感应强度为B，以下列不同方式进入磁场将做什么运动？（不计重力）
= 1 \* GB3 ①v ∥B进入磁场；
= 2 \* GB3 ②v ⊥B进入磁场。
PPT展示题目
引导学生进行计算，提出问题：带电粒子在磁场中运动时洛伦兹力和重力的大小有什么特点？
PPT展示问题和图片：
引导学生回忆洛伦兹力方向的判断和特点。
教师展示带电粒子的受力分析。
提出问题：我们学过的知识中有哪一种运动中力与速度方向总是垂直的？
教师引导学生得出带电粒子在磁场中运动的情况。
学生认真审题并进行计算，得出结果。
在教师的引导下进行观察得出结论：
带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力远大于重力，重力作用的影响可以忽略。
小组讨论：学生思考并进行受力分析，得出结论。
学生回忆洛伦兹力的方向的判断和特点并回答。
各小组将讨论形成的结果与教师展示的受力分析进行对比，检查自己的答案。
学生回忆并回答：匀速圆周运动。
学生总结得出结论：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。
查看学生的计算情况，通过实际粒子引发学生的思考，培养学生的观察及判断能力。
分组讨论，培养学生的合作探究能力。
进行知识的衔接，加强学生的记忆。
实施检验，进行反馈。
教师引导学生进行总结，培养学生的归纳概括能力。
活动二：实验验证：用洛伦兹力演示仪观察运动电子在匀强磁场中的运动
1、如何验证带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动？
【演示实验】洛伦兹力演示仪。
2、实验现象：
（1）不加磁场时，电子束的径迹是直线。
（2）外加匀强磁场时，电子束的径迹是圆周。
介绍洛伦兹力演示仪：
请同学们观看PPT或者教材P14洛伦兹力演示仪。（教师介绍洛伦兹力演示仪的构造、原理和用途）
提问：（以下情况均不考虑电子束的重力）
（1）不加磁场时，电子束的径迹如何？
（2）外加垂直于纸面的磁场时，电子束的径迹如
何？
（3）外加垂直于纸面的磁场，保持加速电压不变，
改变磁感应强度，电子束的径迹如何？
（4）外加垂直于纸面的磁场，保持磁感应强度不变，
改变出射电子的速度，电子束的径迹又如何？
演示实验：按序号顺序依次进行实验。
观察到现象：
（1）不加磁场时，电子束的径迹是直线；
（2）外加匀强磁场时，电子束的径迹是圆周；
（3）外加磁场越弱，运动的半径越大；
（4）电子束的出射速度越大，运动的半径越大。
师生总结：
带电粒子在垂直于匀强磁场方向的平面内做匀速圆
周运动，洛伦兹力提供向心力。洛伦兹力不改变带
电粒子的速度大小，不对带电粒子做功，不改变粒
子的能量。
认真听课，思考该仪
器的用途以。
积极参与课堂讨论，
提出猜想。
认真观看教师演示，
对比自己的猜想，是
否正确。
认真分析实验现象。
同教师一起总结。
先介绍实验仪器的构造、原理和用途，以备使用。
这4个问题是本节课要解决的主要问题，让学生 大 胆 地 去 猜想，培养学习迁移的能力。
通过实验验证猜想，既可以激发学习热情，也可以使得结论更具有说服力。
和教师一起总结观 察到的实验现象，培养实验探究的科学思维方法。
活动三：带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期
1、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径
带电粒子只受洛伦兹力下做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力：
qvB=mv2r
得
r=mvqB
提出问题：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力由什么力提供？其半径与粒子的速度、磁场的磁感应强度有什么关系呢？
巡视课堂，查看学生的推导情况，并进行纠错。
课件展示：
由
qvB=mv2r
得
r=mvqB
积极思考，参与课堂
讨论。尝试推导半径
的表达式。
对比课件上的推导过程，检查并反思存在的问题。
综合考察学生的 学习迁移能力和思考能力。
2、带电粒子在磁场中做圆周运动的周期
带电粒子在磁场中做圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，所以有：
qvB=mv2r
得
T=2πmqB
提出问题：你能根据以前所学的知识，推导一下带电粒子在匀强磁场做圆周运动的周期规律吗？
引导学生进行推导。
巡视学生推导情况，并进行纠错。
课件展示：
方法一：根据匀速圆周运动规律
T=2πrv
又
r=mvqB
得
T=2πmqB
方法二：根据向心力与周期关系
qvB=m4π2rT2
又
r=mvqB
得
T=2πmqB
提出问题：请同学们观看周期的公式，有什么特点？
师生总结：由此看出周期由磁场和粒子的荷质比决定，而与粒子的速度和轨道半径无关。
回忆圆周运动与周期相关的公式，并尝试推导。
对比课件上的推导过程，检查自己的推导过程并反思。
观察公式并思考特点。
经历了缜密的推导过程，培养逻辑思维能力。
加深对带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式和周期公式的理解。
环节三：课堂练习 例题讲解
一个质量为 1.67×10-27 kg、电荷量为 1.6×10-19 C 的带电粒子，以 5×105 m/s 的初速度沿与磁场垂直的方向射入磁感应强度为 0.2 T 的匀强磁场。求：
（1）粒子在磁场中运动的轨道半径；
（2）粒子做匀速圆周运动的周期。
多媒体展示例题
巡视学生解题习惯、过程、情况等，必要时可让学生上台展示
教师讲解
学生思考并在草稿本上写下解题过程
让学生先做一遍，可以很好的培养学生独立解决问题的能力。
环节四：课堂小结
学到了什么？
引导学生小结
小组讨论，总结本节课得失
环节五：作业设计
P16 练习与应用
1、2题
指导学生完成练习，面批练习。
按要求完成练习。
从完成情况和书写情况等方面进行评价。
主板书设计
§1.3 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
1.当 v // B 时，粒子做匀速直线运动；
2.当 v B 时，粒子做匀速圆周运动：
二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期
1.半径： r=mvqB
2.周期： T=2πmqB
注：周期由磁场和粒子的荷质比决定，而与粒子的速度和轨道半径无关。
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