教學(xué)設(shè)計(jì)洛倫茲力的應(yīng)用教科版

1、洛倫茲力的應(yīng)用口教材分析J洛侖茲力的應(yīng)用是高考的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，加之洛侖茲力的應(yīng)用涉及當(dāng)今許多高科技的實(shí)驗(yàn)裝置；速度選擇器、質(zhì)譜儀、粒子回旋加速器、磁流體發(fā)電，在強(qiáng)調(diào)試題要聯(lián)系實(shí)際的今天，更賦予了新的熱點(diǎn)含義。洛侖茲力與電場(chǎng)力應(yīng)用的綜合性問題更能考察學(xué)生的分析和綜合應(yīng)用能力，因此受到命題專家的青睞。教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)與技能1、知道利用磁場(chǎng)控制帶電粒子的偏轉(zhuǎn)2、理解質(zhì)譜儀、回旋加速器的工作原理。（二）過程與方法1 、在思考、探討活動(dòng)中，體會(huì)、感悟用基本物理知識(shí)解決科學(xué)研究中問題的方法。2、通過在質(zhì)譜儀、回旋加速器等背景下研究帶電粒子在場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)化電場(chǎng)加速、磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)的意義及相關(guān)儀器的設(shè)計(jì)思路。（三

2、）情感、態(tài)度與價(jià)值觀1 、通過創(chuàng)設(shè)有意義的問題情境，激發(fā)學(xué)生探究問題的熱情。2 、在解決問題的過程中，使學(xué)生進(jìn)一步體驗(yàn)解決問題的基本分析方法。3 、通過介紹物理學(xué)家、物理學(xué)史等背景知識(shí)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性學(xué)習(xí)的熱情；了解現(xiàn)代科技研究的發(fā)展近況，使學(xué)生領(lǐng)悟研究帶電粒子在場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)際意義?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】回旋加速器的原理。帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的受力、運(yùn)動(dòng)分析與現(xiàn)代科技應(yīng)用的聯(lián)系?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】會(huì)利用洛倫茲力垂直于速度方向和幾何關(guān)系找出粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心。將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為物理模型的研究方法。課前準(zhǔn)備'-演示實(shí)驗(yàn)器材，PPT,導(dǎo)學(xué)案-X教學(xué)過程帶電粒子（重力不計(jì)）在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題:判斷下圖中帶

3、電粒子（電量q,重力不計(jì)）所受洛倫茲力的大小和方向，并判斷帶電粒子將做什么運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)形式:運(yùn)動(dòng)形式:方向。洛倫茲力：方向總與速度方向垂直，不改變帶電粒子的速度大小，只改變速度的利用磁場(chǎng)控制帶電粒子的運(yùn)動(dòng)真空條件下，勻強(qiáng)磁場(chǎng)限定在一個(gè)圓形區(qū)域內(nèi)，該圓形的半徑為r,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向如圖所示。一個(gè)初速大小為V0的帶電粒子(m,q)沿磁場(chǎng)區(qū)域的直徑方向從P點(diǎn)射入磁場(chǎng)，粒子在洛倫茲力的作用下，在磁場(chǎng)中以半徑R繞O'點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，從Q點(diǎn)射出磁場(chǎng)時(shí)，速度大小仍是v0,但速度方向已發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，設(shè)粒子射出磁場(chǎng)時(shí)的速度方向與射入磁場(chǎng)時(shí)相比偏轉(zhuǎn)了角度，(1)請(qǐng)畫出帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡并找出圓心O&#

4、39;。(2)思考：通過改變哪些條件控制帶電粒子的偏轉(zhuǎn)角度？(3)應(yīng)用：顯像管【討論與交流1】(1)要使電子束打在A點(diǎn)，磁場(chǎng)應(yīng)沿什么方向？(2)要使電子束打在B點(diǎn)，磁場(chǎng)應(yīng)沿什么方向？(3)要使電子束在屏幕上位置由B點(diǎn)移到A點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)怎樣變化?總結(jié)：利用磁場(chǎng)控制帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向特點(diǎn)是帶電粒子(重力不計(jì))在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速圓周運(yùn)動(dòng)軌道半徑r1、帶電粒子(重力不計(jì))在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，力提供向心力。2、可見r與速度V、磁感應(yīng)強(qiáng)度徑不同B、粒子的比荷有關(guān)，同一磁場(chǎng)中不同帶電粒子的跡問題:能否根據(jù)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡分辨比荷丕圓的粒子?比荷：帶電體的電荷量和質(zhì)量的比值，叫做比荷，又稱荷質(zhì)比。它是

5、帶電粒子的基本參量1、結(jié)構(gòu)：(1) A:帶電粒子注入器(2) Si-S，:加速電場(chǎng)(U)(3) S,一&:速度選擇器(E、Bi)(4)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(B2)(5)照相底片2、原理：(1) S1S2為加速電場(chǎng)：設(shè)帶電粒子的初速為零，經(jīng)過加速電場(chǎng)加速后的速度推導(dǎo):(2)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)B2:一束帶電粒子(、)以相同的速度由S3垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。帶電粒子打到照相底片上某一位置，設(shè)此位置到狹縫&的距離為L(zhǎng),求他們運(yùn)動(dòng)的軌道半徑之比。3、作用：通過測(cè)出粒子圓周運(yùn)動(dòng)的半徑，計(jì)算粒子的比荷或質(zhì)量及分析同位素的儀器m=T(T與速率FH*r無關(guān))1、結(jié)構(gòu)：核心部件一一兩個(gè)D形盒及兩個(gè)大磁極D形

6、盒間的窄縫高頻交流電2、原理：(1)磁場(chǎng)的作用：偏轉(zhuǎn)回旋(2)電場(chǎng)的作用：加速(3)交變電壓的作用：保證帶電粒子每次經(jīng)過窄縫時(shí)都被加速3、回旋加速器特點(diǎn)總結(jié)：?jiǎn)栴}1:粒子被加速后，運(yùn)動(dòng)速率和運(yùn)動(dòng)半徑都會(huì)增加，它的運(yùn)動(dòng)周期會(huì)增加嗎?問題2:在回旋加速器中，如果兩個(gè)D型盒不是分別接在高頻交流電源的兩極上，而是接在直流的兩極上，那么帶電粒子能否被加速？請(qǐng)?jiān)趫D中畫出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。問題3:要使粒子每次經(jīng)過電場(chǎng)都被加速，應(yīng)在電極上加一個(gè)電壓。根據(jù)右圖，說一說為使帶電粒子不斷得到加速，提供的電壓應(yīng)符合怎樣的要求？?jī)砂彘g的電場(chǎng)是周期變化的其中，T=問題4:在回旋加速器加速的帶電粒子的最終能量由哪些因素決定？

7、問題5:已知D形盒的直徑為D,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,交變電壓的電壓為U,求：從出口射出時(shí)，粒子的速度v=?問題6:已知D形盒的直徑為D,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,交變電壓的電壓為U,求：(1)從出口射出時(shí)，粒子的動(dòng)能Ek=?(2)要增大粒子的最大動(dòng)能可采取哪些措施？4、回旋加速器特點(diǎn)總結(jié)：(1)在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，周期不變(2)每一個(gè)周期加速兩次(3)電場(chǎng)的周期與粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)周期相同(4)電場(chǎng)一個(gè)周期中方向變化兩次(5)粒子加速的最大速度由盒的半徑?jīng)Q定(6)電場(chǎng)加速過程中，時(shí)間極短，可忽略【課后思考】質(zhì)譜儀S2S3之間的作用是什么？重力不計(jì)，帶電量為+q,質(zhì)量為m的帶電粒子經(jīng)過加

8、速電場(chǎng)加速后，從S2到S3的過程中，試分析：(1)帶電粒子從S.入時(shí)，受洛倫茲力方向如何？(2)欲使粒子能從S3穿出，Pi、P2之間的電場(chǎng)E方向如何？為什么？(3)帶電粒子從S2進(jìn)入，并能從S3穿出，它在S2到S3之間的運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)嗎？(4)如可使帶電粒子在S2到S3之間做勻速直線運(yùn)動(dòng)，勻速直線運(yùn)動(dòng)的條件是什么？寫出它的受力平衡關(guān)系(5)能穿出S3的帶電粒子速度v滿足什么關(guān)系？通過以上分析，你知道怎樣控制進(jìn)入B2區(qū)粒子的速度嗎？直線加速器閱讀材料要使一個(gè)帶正電微粒獲得更大的速度（能量），可采用多個(gè)電場(chǎng)，使帶電粒子實(shí)現(xiàn)多級(jí)加速。但直接采用上圖進(jìn)行多級(jí)加速，并不可行，會(huì)經(jīng)過一段加速、和減速的過程。改進(jìn)辦法：采用靜電屏蔽可以用金屬圓筒代替原來的極板.這樣，既可以在金屬圓筒的間隙處形成加速電場(chǎng)，又使得圓筒內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)為零，從而消除了減速電場(chǎng)的不利影響.進(jìn)一步改進(jìn)：為了簡(jiǎn)化裝置，我們可用一個(gè)公用電源來提供各級(jí)的加速電壓.但是，如果我們要加速一帶正電的粒子，若電源的極性保持恒定（始終為A正B負(fù)），這個(gè)粒子并不能路順風(fēng)”，不斷加速。為了實(shí)現(xiàn)帶電粒子的多級(jí)加速，應(yīng)該采用交變電源，使粒子進(jìn)入每一級(jí)都能繼續(xù)加速。并且電源極性的變化還必須