2022年高中物理《帶電粒子在磁場中的運動 質譜儀》說課稿

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1、2022年高中物理《帶電粒子在磁場中的運動 質譜儀》說課稿 教材分析 1.教材的地位和作用： 《磁場》一章講述電磁關系中基本概念之一的磁場以及磁場與帶電物體之間的力學聯(lián)系，是高二電磁部分的重點章節(jié)之一，而本節(jié)課則又是此章的重中之重，在歷屆高考命題中特別是綜合計算題部分屢次出現(xiàn)，是本章教學中不可忽視的一個重要環(huán)節(jié)。在教學大綱中“帶電粒子在磁場中的運動”為B級要求，“質譜儀”為A級要求。本節(jié)課的理論基礎是力學部分曲線運動知識尤其是勻速圓周運動和向心力相關內容以及前一節(jié)洛侖茲力概念和特點等內容。因此這一節(jié)既是力學部分和電磁學部分舊知識的回憶復習，又是將這兩部分有機整合進行全新理論的構建過程

2、。通過本節(jié)學習，學生一方面加強了洛侖茲力作用特點的認識以及勻速圓周運動向心力概念的把握，另一方面將兩者結合最終得出帶電粒子在磁場中的運動規(guī)律，學生能夠充分體會到物理知識的聯(lián)系性和規(guī)律性，這不光有助于他們學會知識，而且使他們會學知識，學好本節(jié)內容將增強學生科學素質，能為今后進一步更好地掌握學習方法打下基礎。 2.教學目標： 知識目標 ①理解帶電粒子的初速度方向與磁感應強度方向垂直時，做勻速圓周運動 ②會推導帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的半徑、周期公式，并會用它們解決有關問題 ③知道質譜儀的工作原理 能力目標： ①通過回憶洛侖茲力方向與觀察演示實驗——帶電粒子軌跡特點相結合分析培養(yǎng)

3、學生透過現(xiàn)象抓住內在本質聯(lián)系的洞察能力 ②通過引導學生建立向心力與洛侖茲力等量關系使其自行推導周期半徑公式培養(yǎng)學生邏輯推理能力 情感目標： 質譜儀將基本的帶電粒子在磁場中運動規(guī)律直接推至科研最前沿——同位素的分析測定，讓學生親身體會到物理知識對于人類認識與改造世界過程中所起的巨大作用，這將鼓勵學生樹立遠大理想，使他們充滿信心地在科學海洋中暢游。 3.教學重點與難點： 重點： ①帶電粒子垂直進入勻強磁場作何種運動，以及此運動特點和產生原因 ②半徑與周期公式在處理問題中的運用 ③質譜儀工作原理 難點： 本節(jié)難點為①確定垂直進入勻強磁場中的帶電粒子運動是垂直磁場平面上的勻速圓周運

4、動，②半徑公式與周期公式和粒子動量、能量等結合應用。其原因主要是①中，學生對向心力與勻速圓周運動認識的生疏遺忘以及缺乏左手定則與空間想象力的結合能力；在②中，動量與能量關系本身就是學生感到繁復的知識點，再與本節(jié)課的新知識相結合，更加成為學生難以掌握的一道坎。 教法與學法設計 教法：本節(jié)課從研究帶電粒子在電場中運動情況與磁場中運動情況對比入手，采用啟發(fā)式教學與發(fā)現(xiàn)法想結合，引導學生自己一步步得出帶電粒子在磁場中的運動軌跡情況，并輔以直觀演示法與分析歸納法等綜合教學方法，使學生建立猜想——觀察——分析——推理——歸納——應用這一學習流程。 學法：對學生進行科學發(fā)現(xiàn)流程化的學法指導，使

5、他們建立科學、合理、有效的學習體系 教學程序設計 1.課題引入 a.首先引導學生回顧帶電粒子在勻強磁場中所受洛侖茲力的大小及方向，知道大小 F洛=qvB，方向則根據左手定則判斷（始終垂直于速度方向）。 b.設計兩種情況下帶電粒子運動軌跡：①垂直進入勻強電場 ②垂直進入勻強磁場，比較各自運動情況 多數學生等很快從舊知識中得出在①情況下，粒子做類似于平拋運動，而對于情況②，部分學生根據則根據“洛侖茲力方向垂直于v方向”的結論立刻回答②中粒子也做類似平拋運動，另一部分學生則表現(xiàn)為猶豫不決。教師在此不管學生回答正確與否都應馬上追問：為什么？引導學生思考，并最終推翻原來學生錯誤結論。但

6、留下疑問，②中粒子究竟應該如何運動？ 2.觀察演示實驗： 帶電粒子在磁場中的運動——洛侖茲力演示儀 當沒有磁場作用時，電子軌跡為一直線，而一旦加上垂直于電子速度方向的磁場時，發(fā)現(xiàn)電子軌跡為圓形。由此解答了學生剛才在情形②中所留問題。但接下來就是解決為何軌跡為圓形的問題。本實驗操作簡單，效果明顯，但應注意為便于學生觀察，必須要降低周圍環(huán)境光線，對于實物投影儀等設備要加以利用，這能有助于多數學生觀察到明顯現(xiàn)象。 3.突出重點，化解難點 a.軌跡問題 先設計下列一組設問，引導學生思考 ①F洛在什么平面內？它與v的方向關系如何？ 先提醒學生利用左手定則回答，并要求考慮在一系列連續(xù)的變化

7、過程中，兩者之間的聯(lián)系和變化情況，最后教師用受力分析和幾何作圖詳細闡明這一過程，幫助學生化解此出難點 ②F洛對運動電荷是否做功 提醒學生利用做功知識來考慮 ③F洛對運動電荷起何作用 提醒學生在回答時將此作用與向心力對做勻速圓周運動物體所起的作用進行類比 ④帶電粒子在磁場中的運動具有什么特點 提醒學生利用向心力與勻速圓周運動知識來回答 帶電粒子在磁場中的運動軌跡這一重點就在教師精心設計引導下由學生自行解決 b.半徑公式與周期公式 設問：帶電粒子做勻速圓周運動時什么力作為向心力 學生答：F向=F洛=qvB 設問：向心力與速度、半徑關系 學生答：F向=mv2/r 繼

8、續(xù)推導得出：qvB= mv2/r → r= mv/ qB，即半徑公式，鼓勵學生試著推導周期公式，結合前面已得的半徑公式，學生不難得出T=2πm/qB，即周期公式。半徑公式與周期公式的實際問題應用可設計下列幾點討論①質量不同電量相同的帶電粒子，若以大小相等的動量垂直進入同一勻強磁場，它們的軌道半徑關系如何？②質量不同電量相同的帶電粒子，若以大小相等的能量垂直進入同一勻強磁場，它們的軌道半徑關系如何？③在同一 磁場中做半徑相等的圓周運動的氫、氦原子核，哪個運動速度大？④同一帶電粒子，在磁場中做圓周運動，當它的速率增大時，其周期怎樣改變？通過上述討論可在加速學生對于兩個公式應用的熟

9、練掌握同時解決能量和動量在其中的應用關系。 c.質譜儀 先安排課本P155例題作為學生過渡性練習，再介紹例題中所示儀器即為質譜儀，分析其工作原理，再舉一例：當氫的三種同位素氕、氘、氚以相同的速度進入同一勻強磁場，如圖4，求它們的軌道半徑比 以此例幫助學生加深對質譜儀原理和功用的認識。 4.反饋練習，鞏固知識 為使學生所學知識具有穩(wěn)定性，并使知識順利遷移。本堂課安排兩道習題進行鞏固練習，課堂練習的的安排應遵循由易及難，循序漸進的的教學原則。例1，一帶電粒子在勻強磁場中作勻速圓周運動，運動周期為2π×10-5s.已知勻強磁場的磁感應強度為0.8T，則該粒子的質量與其電量的比值為多少

10、？ 例2， 如下圖所示，在正方形abcd范圍內，有方向垂直紙面向里的勻強磁場，電子各以不同的速率，都從a點沿ab方向垂直磁場方向射入磁場，其中速率為v1 的電子從c點沿bc射出，速率為v2的電子從d點沿cd方向射出。不計重力，兩電子（ ） （A）速率之比v1/v2=2 （B）在磁場中運行的周期之比T1/T2=1/2 （C）在磁場中運行的時間之比 t1/t2=1/2 （D）動量大小之比p1/p2=1 其中例1是對周期公式的簡單應用，目的在于熟練運用相關知識，例2則是在此基礎上更進一步，將較復雜的粒子偏轉的平面幾何知識與周期公式和半徑公式相結合，使學生思維想縱深化發(fā)展。 5.總結與布置作業(yè) 總結本堂課三大重點，其過程可由學生自己操作，布置作業(yè)：課本第十六章練習四