教学过程
|
教学环节
| 教师活动
| 学生活动
| 设计意图
|
导入新课
| 复习:
(1)什么是洛伦兹力？
(2)带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？
(3)带电粒子沿着电场线方向飞入匀强电场，将做什么运动？
(4)带电粒子垂直电场线方向飞人匀强电场，将做什么运动？
(5)物体做匀速圆周运动的条件是什么？
(6)匀速圆周运动中，对向心力需要单独进行受力分析吗？若不需要，该如何分析向心力？
(7)匀速圆周运动的向心力公式是什么？
引入：那么，带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场会做什么运动呢？今天我们就来学习ー下带电粒子在匀强磁场中的运动及其应用问题。
| 1.课前复习洛伦兹力的方向、大小，总结洛伦兹力的特点；思考力和运动的关系。
2.课前预习本节知识的重难点。
3、学生观察试验现象并思考。
| 引导学生思考力和运动的关系，思考洛伦兹力的对带电粒子运动的影响。
|
讲授新课
| 1.带电粒子在匀强磁场中的运动
演示：如图所示是洛伦兹力演示仪，电子東由电子枪产生，玻璃泡内充有稀薄的气体，在电子東通过时能显示电子的径迹励磁线圈能够在两个线圈之间产生匀强磁场，磁场的方向与两线圈中心的连线平行，电子的速度大小和磁感应强度可以分别通过电子枪的加速电压和励磁线圈的电流来调节。
利用洛伦兹力演示仪可以观察运动电子在磁场中的偏转。
在进行实验观察之前，首先进行思考讨论，根据洛伦兹力的知识预测电子東的径迹，然后再进行实验观察，验证自己的预测是否正确。
在暗室中可以清楚地看到，在没有磁场作用时，电子的径迹是直线；在施加匀强磁场时，电子的径迹变弯成圆形。
通过观察还可以发现，外加磁场越强，电子径迹的半径越小；电子的出射速度越大，电子径迹的半径越大。
分析：
(1)带电粒子沿着磁感线方向飞入匀强磁场，粒子将做什么运动？
(2)带电粒子垂直磁感线方向飞入匀强磁场，粒子又将做什么运动？
①落伦兹力方向与速度方向有什么关系？洛伦兹力做功吗？
②洛伦兹力对带电粒子的运动起到什么作用？
③落伦数力的大小改变吗？方向呢？
结论：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。
进一步分析：
(1)平面运动：分析带电粒子的受力情况，用左手定则明确带电粒子的初速度与其所受的洛伦兹力在同一平面内，所以只可能做平面运动。
(2)做功情况：洛伦兹力不对运动的带电粒子做功，粒子运动的速率不变，同时洛伦兹力的大小也不变。
(3)向心力来源：根据牛顿第二定律，洛伦兹力使运动的带电粒子产生加速度(向心加速度)，故洛伦兹力充当粒子做匀速圆周运动的向心力。
练习
- 如图所示，运动的电子受到怎样的力？这个力与电子的速度有怎样的关系？
运动的电子收到垂直于其速度方向的洛伦兹力。
洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小。
洛伦兹力对运动的电子不做功。
结论:
(1)当带电粒子的运动方向与磁场方向平行时，粒子不受洛伦兹力，此时粒子做匀速直线运动。
(2)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。
①受力分析：粒子受到垂直于速度方向、也垂直于磁场方向的洛伦兹力的作用。洛伦兹力F大小一定，方向与垂直，时刻改变，所以F为变力。
②运动分析：没有力的作用使粒子离开与磁场方向垂直的平面，也没有垂直磁场方向以外的速度分量使粒子离开与磁场方向垂直的平面，所以粒子的运动轨迹平面与磁场方向垂直。
③效果分析：洛伦兹力对运动的带电粒子不做功，所以粒子的动能、速率均不变。洛伦兹力只改变粒子速度的方向，不改变粒子速度的大小，洛伦兹力提供了粒子做匀速圆周运动的向心力。
2.带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径和周期。
思考：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径，与粒子的速度、磁场的磁感应强度有什么关系？
考虑到粒子所受的洛伦兹力就是它做匀速圆周运动的向心力，列出方程便不难得出几个物理量的关系式，之后就可以分别判断粒子的速度、磁场的强弱对圆周运动的半径的影响。
(1)半径公式
一带电粒子的质量为m，电荷量为q，速度为v，带电粒子垂直进人磁感应强度为B的匀强磁场中，其半径r和周期T为多大?
因为洛伦兹力充当带电粒子做匀速圆周运动的向心力，
而向心力的计算公式为<Object: word/embeddings/oleObject1.bin>，
洛伦兹力的计算公式为 F洛=qBv，
故可得<Object: word/embeddings/oleObject2.bin>，
解得<Object: word/embeddings/oleObject3.bin>。
由上式可以知道，在匀强磁场中做匀速圆周运动的带电粒子，其圆周运动的半径与粒子的运动速率成正比。粒子的运动速率越大，圆周运动的半径也越大。
(2)周期公式
将半径<Object: word/embeddings/oleObject4.bin>代入圆周运动的周期公式<Object: word/embeddings/oleObject5.bin>中，解得<Object: word/embeddings/oleObject6.bin>
由上式可以知道，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与圆周运动的半径和粒子的运动速率无关。
课堂练习
1．一个质量为1.67×10-27kg，电荷量为 1.6×10-19C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0.2T的匀强磁场。求：
（1）粒子所受的重力和洛伦兹力的大小之比；
（2）粒子在磁场中运动的轨道半径；
（3）粒子做匀速圆周运动的周期
解：（1）洛伦兹力F＝qvB＝1.6×10﹣19×5×105×0.2N＝1.6×10﹣14N，粒子的重力G＝mg＝1.67×10﹣27×10N＝1.67×10﹣26N，则<Object: word/embeddings/oleObject7.bin>
即G＜＜F，所以研究粒子在磁场中的运动时可以忽略粒子所受的重力。
（2）由洛伦兹力提供向心力有：<Object: word/embeddings/oleObject8.bin>，
则半径<Object: word/embeddings/oleObject9.bin>。
（3）由运动学公式求周期T=<Object: word/embeddings/oleObject10.bin>。
2.如图重力不计初速度为v的正电荷，从a点沿水平方向射入有明显左边界的匀强磁场，磁场方向水平向里，若边界右侧的磁场范围足够大，该电荷进入磁场后（ ）
A．动能发生改变
B．运动轨迹是一个完整的圆，正电荷始终在磁场中运动
C．运动轨迹是一个半圆，并从a点上方某处穿出边界向左射出
D．运动轨迹是一个半圆，并从a点下方某处穿出边界向左射出
答案：C
3.一带电粒子以垂直于磁场方向的初速度飞入匀强磁场后做圆周运动，磁场方向和运动轨迹如图所示，下列情况可能的是（ ）
①粒子带正电，沿逆时针方向运动
②粒子带正电，沿顺时针方向运动
③粒子带负电，沿逆时针方向运动
④粒子带负电，沿顺时针方向运动．
A．①③ B．①④ C②③ D．②④
答案：B
| 学生通过实验现象对带电粒子的在磁场中做匀速圆周运动有明确清晰地认知。
学生阅读课本，并思考，洛伦兹力演示仪如何调节电子的速度、磁感应强度的大小。
学生思考粒子做匀速圆周运动的向心力来源。
思考并回答老师提问，明确带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的作用是改变速度的方向不改变速度的大小，且洛伦兹力与速度方向垂直不做功。
学生进行公式推导。
学生做练习。
| 了解洛伦兹力演示仪的工作原理，通过洛伦兹力演示仪观察电子在匀强磁场中的运动轨迹。
再一次复习洛伦兹力的大小影响因素。
引导学生思考力与运动的关系，得出向心力的来源是洛伦兹力的结论。
通过提问，进一步巩固洛伦兹力在匀速圆周运动里起到的作用。
引导学生进行公式推导。
提高学生运用已学知识，分析问题解决问题的能力。
|
课堂小结
| 1.带电粒子的初速度方向和磁感应强度的方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。
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，了解磁偏转，并会用它们解答相关问题。
3.会处理带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的问题。
| 梳理自己本节所学知识进行交流
| 根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
|
板书
| 带电粒子在匀强磁场中的运动：
1.平行磁感线进入：做匀速直线运动。
2.垂直磁感线进入：做匀速圆周运动：运动半径<Object: word/embeddings/oleObject11.bin>，轨迹周期<Object: word/embeddings/oleObject12.bin>。
| | |
川公网安备51152402000101号 )|网站地图
发表于