帶電粒子在電磁場中的運(yùn)動(教案)

1、帶電粒子在電磁場中的運(yùn)動一、教學(xué)內(nèi)容分析帶電粒子在場中的運(yùn)動（重力場、電場、磁場）問題，由于涉及的知識點(diǎn)眾多，要求的綜合能力較高，因而是歷年來高考的熱點(diǎn)內(nèi)容。本專題綜合性強(qiáng)，理論分析要求高，帶電粒子的加速是電場的能的性質(zhì)的應(yīng)用；帶電粒子的偏轉(zhuǎn)則側(cè)重于電磁場的力的性質(zhì)，通過類比恒力作用下的曲線運(yùn)動（平拋運(yùn)動），變力作用下的圓周運(yùn)動，理論上探究帶電粒子在電磁場中偏轉(zhuǎn)的規(guī)律。此外專題既包含了電磁場的基本性質(zhì)，又要運(yùn)用直線和曲線運(yùn)動的規(guī)律，還涉及到能量的轉(zhuǎn)化和守恒，有關(guān)類比和建模等科學(xué)方法的應(yīng)用也比較典型。探究帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn)的規(guī)律，只要做好引導(dǎo)，學(xué)生自己是能夠完成的，而且可以提高學(xué)生綜合分析問題

2、的能力。二、學(xué)生學(xué)情分析學(xué)生通過總復(fù)習(xí)基本掌握了幾個基本的運(yùn)動，即直線運(yùn)動中的加速、減速、往返運(yùn)動，曲線運(yùn)動中的平拋運(yùn)動、圓周運(yùn)動、勻速圓周運(yùn)動進(jìn)行初步綜合鞏固和加深，同時將力學(xué)基本定律，即牛頓第二定律、動能定理、機(jī)械能守恒定律、能量守恒定律等進(jìn)行綜合運(yùn)用。在必修內(nèi)容復(fù)習(xí)中，已初步形成一定的綜合分析能力。三、設(shè)計思想以建構(gòu)主義思想為指導(dǎo)，從一磚一瓦到高樓大廈。從已知到未知，從簡單到復(fù)雜，以“場”為主線，串通整節(jié)課，輕松有趣，層次分明清晰，簡潔易懂。有助學(xué)生思維的訓(xùn)練，從而形成物理知識體系。問題情景的創(chuàng)設(shè)簡潔有效地激發(fā)疑問，本節(jié)引入以身邊地球的場引入，在極短時間內(nèi)有效激發(fā)學(xué)生興趣，接著過渡到極光

3、現(xiàn)象，更加精彩，從而深入探索帶電粒子的運(yùn)動問題，最后，在不同場中運(yùn)動分析，理論綜合應(yīng)用，實(shí)際應(yīng)用討論。從開始到結(jié)束一氣呵成，以場的演變過程，構(gòu)成邏輯主線。中間穿插學(xué)生動手探究練習(xí)，以及全體學(xué)生討論問題，實(shí)現(xiàn)師生互動、生生互動，有效提高課堂效率。四、教學(xué)目標(biāo)（一）、知識與技能1、理解帶電粒子在電磁場中的運(yùn)動規(guī)律，并能分析解決加速和偏轉(zhuǎn)方向的問題，圓周運(yùn)動。2、知道幾種常見儀器的構(gòu)造和基本原理。（二）、過程與方法通過帶電粒子在電磁場中加速、偏轉(zhuǎn)、圓周運(yùn)動過程分析，培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析、推理能力。 （三）、情感態(tài)度與價值觀通過知識的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)的精神。五、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 1、重點(diǎn)：帶電粒子在

4、場中的運(yùn)動規(guī)律 2、難點(diǎn)：運(yùn)用電磁學(xué)知識和力學(xué)知識綜合處理復(fù)雜問題六、教學(xué)方法講授法、歸納法、互動探究法七、教學(xué)準(zhǔn)備1學(xué)生的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備：復(fù)習(xí)牛頓第二定律，動能定理，拋體運(yùn)動，圓周運(yùn)動的相關(guān)知識點(diǎn)。2教師的教學(xué)準(zhǔn)備：多媒體課件制作，課前預(yù)習(xí)學(xué)案，課內(nèi)探究學(xué)案，課后延伸拓展學(xué)案。3教具：多媒體課件八、課時安排 1課時九、教學(xué)過程設(shè)計教學(xué)程序老師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖一、情景創(chuàng)設(shè)我們知道，地球是個重力場，同時也是個電磁場，來自外層空間的帶電粒子一旦進(jìn)入地球磁場，其中一些粒子，在地球磁極附近運(yùn)動的帶電粒子，會產(chǎn)生“極光”。觀察思考問題：帶電粒子在重力場電磁場中將做什么運(yùn)動呢？激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，產(chǎn)生求知欲望

5、和探究熱情。二、新課教學(xué)（一）、學(xué)習(xí)目標(biāo)、 基礎(chǔ)知識 場、 理論分析一、帶電粒子在復(fù)合場中做直線運(yùn)動；二、帶電粒子在復(fù)合場中的曲線運(yùn)動；三、帶電粒子在組合場中的分階段運(yùn)動；、 實(shí)際應(yīng)用 明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，形成有效的學(xué)習(xí)過程。目標(biāo)導(dǎo)學(xué)，有的放矢。（二）、完成目標(biāo)一、帶電粒子在復(fù)合場中做直線運(yùn)動1帶電粒子在復(fù)合場中做勻速直線運(yùn)動粒子所受合外力為零時，所處狀態(tài)一定靜止或勻速直線運(yùn)動。類型一：粒子運(yùn)動方向與磁場平行時（洛倫茲力為零），電場力與重力平衡，做勻速直線運(yùn)動。類型二：粒子運(yùn)動方向與磁場垂直時，洛倫茲力、電場力與重力平衡，做勻速直線運(yùn)動。正確畫出受力分析圖是解題的關(guān)鍵。2帶電粒子在復(fù)合場中做變速直線

6、運(yùn)動類型一：如果粒子在復(fù)合場中受軌道、支撐面、輕繩或輕桿等有形的約束時，可做變速直線運(yùn)動。解題時只要從受力分析入手，明確變力、恒力及做功等情況，就可用動能定理、牛頓運(yùn)動定律、運(yùn)動學(xué)相關(guān)知識進(jìn)行求解。類型二：在無有形約束條件下，粒子受洛倫茲力、電場力、重力作用下，使與速度平行的方向上合力不等于零，與速度垂直的方向上合力等于零，粒子將做勻變速直線運(yùn)動。明確這一條件是解題的突破口。二、帶電粒子在復(fù)合場中的曲線運(yùn)動1帶電粒子在復(fù)合場中做圓周運(yùn)動類型一：勻速圓周運(yùn)動帶電粒子在復(fù)合場中做勻速圓周運(yùn)動時，必定有其它力與恒定的重力相抵消，以確保合力大小不變，方向時刻指向圓心。一般情況下側(cè)重考查重力恰好與電場力

7、平衡，洛倫茲力充當(dāng)向心力，粒子在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動這類題，它的隱含條件就是重力恰好與電場力平衡。類型二：若帶電粒子運(yùn)動的空間存在軌道、支撐面、輕繩、輕桿等有形的約束時，帶電粒子在復(fù)合場中做勻變速圓周運(yùn)動，一般應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律和動能定理求解。2帶電粒子在復(fù)合場中做一般曲線運(yùn)動若帶電粒子所受的合外力的大小、方向均是不斷變化的，則帶電粒子在復(fù)合場中將做非勻變速曲線運(yùn)動，這時粒子的運(yùn)動軌跡既不是圓弧，也不是拋物線。處理此類問題，一般應(yīng)用動能定理和能量守恒定律求解。三、帶電粒子在組合式復(fù)合場中的分階段運(yùn)動這類問題往往是粒子依次通過幾個并列的場，如電場與磁場并列；其運(yùn)動性質(zhì)隨區(qū)域場的變化而變化，解題的關(guān)

8、鍵在于分析清楚在各個不同場中的受力及運(yùn)動時的速度的關(guān)系，畫出運(yùn)動的草圖。根據(jù)粒子在不同區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動特點(diǎn)和受力特點(diǎn)畫出軌跡，分別利用類平拋和圓周運(yùn)動的分析方法列方程求解。1. 如圖所示，套在很長的絕緣直棒上的小球，質(zhì)量為m，帶電量為+q，小球可在直棒上滑動，將此棒豎直放在互相垂直，且沿水平方向的勻強(qiáng)磁場中，電場強(qiáng)度為E，磁場強(qiáng)度為B，小球與棒的動摩擦因素為，求：小球由靜止沿棒下落的最大加速度和最大速度（設(shè)小球電量不變）2.在如圖所示的直角坐標(biāo)系中，坐標(biāo)原點(diǎn)O處固定有正點(diǎn)電荷，另有平行于y軸的勻強(qiáng)磁場。一個質(zhì)量為m、帶電量+q的微粒，恰能以y軸上點(diǎn)為圓心作勻速圓周運(yùn)動，其軌跡平面與x O z平面平

9、行，角速度為，旋轉(zhuǎn)方向如圖中箭頭所示。試求勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和方向？3.在平面直角坐標(biāo)系xOy中，第象限存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場，第象限存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子從y軸正半軸上的M點(diǎn)以速度v0垂直于y軸射入電場，經(jīng)x軸上的N點(diǎn)與x軸正方向成=60角射入磁場，最后從y軸負(fù)半軸上的P點(diǎn)垂直于y軸射出磁場，如圖所示。不計粒子重力，求（1）M、N兩點(diǎn)間的電勢差UMN ；（2）粒子在磁場中運(yùn)動的軌道半徑r；（3）粒子從M點(diǎn)運(yùn)動到P點(diǎn)的總時間t。建立模型理清思路，為理論探究打好基礎(chǔ)。調(diào)動積極性，體驗(yàn)獲取新知識的方法。提高分析問題能力。強(qiáng)化對規(guī)律的理解，進(jìn)一步鞏固，學(xué)會求解方法，不去死記結(jié)論律。提高自學(xué)能力。體驗(yàn)知識，做到樂中學(xué)。能解決實(shí)際問題。（三）檢測目標(biāo)世紀(jì)金榜P103頁山東高考題學(xué)生閱讀練習(xí)鞏固應(yīng)用三、鞏固小結(jié)1帶電粒子的加速2帶電粒子的偏轉(zhuǎn)課后思考： 世紀(jì)金榜P103頁福建高考題總結(jié)規(guī)律拓展應(yīng)用十、教學(xué)反思本節(jié)內(nèi)容是關(guān)于帶電粒子在場中的運(yùn)