2019-2020年高二物理一輪復(fù)習(xí) 3-1 3.6《帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動》教學(xué)案.doc

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2019-2020年高二物理一輪復(fù)習(xí) 3-1 3.6《帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動》教學(xué)案 一、教材分析 本節(jié)課的內(nèi)容是高考的熱點(diǎn)之一，不僅要求學(xué)生有很強(qiáng)的分析力和運(yùn)動關(guān)系的能力，還要求學(xué)生有一定的平面幾何的知識，在教學(xué)中要多給學(xué)生思考的時(shí)間 二、教學(xué)目標(biāo) （一）知識與技能 1、理解洛倫茲力對粒子不做功。 2、理解帶電粒子的初速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直時(shí)，粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動。 3、會推導(dǎo)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的半徑、周期公式，知道它們與哪些因素有關(guān)。 4、了解回旋加速器的工作原理。 （二）過程與方法 通過帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的受力分析，靈活解決有關(guān)磁場的問題。 （三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀 通過本節(jié)知識的學(xué)習(xí)，充分了解科技的巨大威力，體會科技的創(chuàng)新與應(yīng)用歷程。 三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn) 教學(xué)重點(diǎn) 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的受力分析及運(yùn)動徑跡 教學(xué)難點(diǎn) 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的受力分析及運(yùn)動徑跡 四、學(xué)情分析 本節(jié)教材的內(nèi)容屬于洛侖茲力知識的應(yīng)用，采用先實(shí)驗(yàn)探究，再理論分析與推導(dǎo)的方法。先實(shí)驗(yàn)觀察再理論論證比較符合一般學(xué)生的認(rèn)知過程，也可降低學(xué)習(xí)的難度。 五、教學(xué)方法 實(shí)驗(yàn)觀察法、講述法、分析推理法 六、課前準(zhǔn)備 1、學(xué)生的準(zhǔn)備：認(rèn)真預(yù)習(xí)課本及學(xué)案內(nèi)容 2、教師的準(zhǔn)備：洛倫茲力演示儀、電源、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 七、課時(shí)安排： 1課時(shí) 八、教學(xué)過程 （一）預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑 （二）情景引入、展示目標(biāo) 提問：（1）什么是洛倫茲力？ （2）帶電粒子在磁場中是否一定受洛倫茲力？ （3）帶電粒子垂直磁場方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場時(shí)會做什么運(yùn)動呢？ （三）合作探究、精講點(diǎn)播 1、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動 介紹洛倫茲力演示儀。如圖所示。 引導(dǎo)學(xué)生預(yù)測電子束的運(yùn)動情況。 （1）不加磁場時(shí)，電子束的徑跡； （2）加垂直紙面向外的磁場時(shí)，電子束的徑跡； （3）保持出射電子的速度不變，增大或減小磁感應(yīng)強(qiáng)度，電子束的徑跡； （4）保持磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，增大或減小出射電子的速度，電子束的徑跡。 教師演示，學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證自己的預(yù)測是否正確。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在暗室中可以清楚地看到，在沒有磁場作用時(shí)，電子的徑跡是直線；在管外加上勻強(qiáng)磁場（這個(gè)磁場是由兩個(gè)平行的通電環(huán)形線圈產(chǎn)生的），電子的徑跡變彎曲成圓形。磁場越強(qiáng)，徑跡的半徑越小；電子的出射速度越大，徑跡的半徑越大。 引導(dǎo)學(xué)生分析：當(dāng)帶電粒子的初速度方向與磁場方向垂直時(shí)，電子受到垂直于速度方向的洛倫茲力的作用，洛倫茲力只能改變速度的方向，不能改變速度的大小。因此，洛倫茲力對粒子不做功，不能改變粒子的能量。洛倫茲力對帶電粒子的作用正好起到了向心力的作用。所以，當(dāng)帶電粒子的初速度方向與磁場方向垂直時(shí)，粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動。 思考與討論： 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動，其軌道半徑r和周期T為多大呢？ 出示投影片，引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)： 一帶電量為q，質(zhì)量為m ，速度為v的帶電粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，其半徑r和周期T為多大？如圖所示。 粒子做勻速圓周運(yùn)動所需的向心力F=m是由粒子所受的洛倫茲力提供的，所以 qvB=m 由此得出 r= ① 周期T= 代入①式得 T= ② 由①式可知，粒子速度越大，軌跡半徑越大；磁場越強(qiáng)，軌跡半徑越小，這與演示實(shí)驗(yàn)觀察的結(jié)果是一致的。 由②式可知，粒子運(yùn)動的周期與粒子的速度大小無關(guān)。磁場越強(qiáng)，周期越短。 介紹帶電粒子在汽泡室運(yùn)動的徑跡照片，讓學(xué)生了解物理學(xué)中研究帶電粒子運(yùn)動的方法。 教師引導(dǎo)學(xué)生對結(jié)果進(jìn)行討論，讓學(xué)生了解有關(guān)質(zhì)譜儀的知識。讓學(xué)生了解質(zhì)譜儀在科學(xué)研究中的作用。 2、回旋加速器 引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材有關(guān)內(nèi)容，了解各種加速器的發(fā)展歷程，體會回旋加速器的優(yōu)越性。 課件演示，回旋加速器的工作原理，根據(jù)情況先由學(xué)生講解后老師再總結(jié)。 在講解回旋加速器工作原理時(shí)應(yīng)使學(xué)生明白下面兩個(gè)問題： （1）在狹縫A′A′與AA之間，有方向不斷做周期變化的電場，其作用是當(dāng)粒子經(jīng)過狹縫時(shí)，電源恰好提供正向電壓，使粒子在電場中加速。狹縫的兩側(cè)是勻強(qiáng)磁場，其作用是當(dāng)被加速后的粒子射入磁場后，做圓運(yùn)動，經(jīng)半個(gè)圓周又回到狹縫處，使之射入電場再次加速。 （2）粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的半徑與速率成正比，隨著每次加速，半徑不斷增大，而粒子運(yùn)動的周期與半徑、速率無關(guān)，所以每隔相相同的時(shí)間（半個(gè)周期）回到狹縫處，只要電源以相同的周期變化其方向，就可使粒子每到狹縫處剛好得到正向電壓而加速。 當(dāng)堂練習(xí) 【例1】一個(gè)負(fù)離子，質(zhì)量為m，電量大小為q，以速率v垂直于屏S經(jīng)過小孔O射入存在著勻強(qiáng)磁場的真空室中，如圖所示。磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與離子的運(yùn)動方向垂直，并垂直于圖中紙面向里。 （1）求離子進(jìn)入磁場后到達(dá)屏S上時(shí)的位置與O點(diǎn)的距離。 （2）如果離子進(jìn)入磁場后經(jīng)過時(shí)間t到達(dá)位置P，證明：直線OP與離子入射方向之間的夾角θ跟t的關(guān)系是。 【例2】如圖所示，半徑為r的圓形空間內(nèi)，存在著垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，一個(gè)帶電粒子（不計(jì)重力），從A點(diǎn)以速度v0垂直磁場方向射入磁場中，并從B點(diǎn)射出，∠AOB=120，則該帶電粒子在磁場中運(yùn)動的時(shí)間為_______ A．2πr/3v0 B．2πr/3v0 C．πr/3v0 D．πr/3v0 【例3】電子自靜止開始經(jīng)M、N板間（兩板間的電壓為u）的電場加速后從A點(diǎn)垂直于磁場邊界射入寬度為d的勻強(qiáng)磁場中，電子離開磁場時(shí)的位置P偏離入射方向的距離為L，如圖所示。求勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。（已知電子的質(zhì)量為m，電量為e） （四）反思總結(jié)、當(dāng)堂檢測 見學(xué)案 （五）發(fā)導(dǎo)學(xué)案、布置作業(yè) 完成P108“問題與練習(xí)”第1、2、5題。書面完成第3、4題。 九、板書設(shè)計(jì) 1、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動： 當(dāng)帶電粒子的初速度方向與磁場方向垂直時(shí)，粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動。 軌道半徑 r= ① 周期 T= ② 2、回旋加速器 十、教學(xué)反思 本節(jié)課的重點(diǎn)是在讓學(xué)生理解帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場后，洛倫茲力總與速度垂直不做功的特點(diǎn)，從受力分析得到運(yùn)動方程，從而得到半徑和周期公式。讓學(xué)生自己分析探究帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的勻速圓周運(yùn)動，推導(dǎo)粒子運(yùn)動的軌道半徑和周期公式，與此同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的類比模型和轉(zhuǎn)移模型的能力。 臨清三中—物理—朱廣明—盛淑貞 選修3-1第三章 3.6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動 課前預(yù)習(xí)學(xué)案 一、預(yù)習(xí)目標(biāo) 1、知道洛倫茲力對粒子不做功。 2、知道帶電粒子的初速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直時(shí)，粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動。 3、寫出帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的半徑、周期公式。 4、了解回旋加速器的工作原理。 二、預(yù)習(xí)內(nèi)容 1．帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動 (1)帶電粒子的運(yùn)動方向與磁場方向平行：做　　　　運(yùn)動。 (2)帶電粒子的運(yùn)動方向與磁場方向垂直：粒子做　　　　運(yùn)動且運(yùn)動的軌跡平面與磁場方向　　　。軌道半徑公式：　　 周期公式：　　　　。 (3)帶電粒子的運(yùn)動方向與磁場方向成θ角：粒子在垂直于磁場方向作　　　　運(yùn)動，在平行磁場方向作　　　　　運(yùn)動。疊加后粒子作等距螺旋線運(yùn)動。 2．質(zhì)譜儀是一種十分精密的儀器，是測量帶電粒子的　　和分析　　　的重要工具。 3．回旋加速器： (1)使帶電粒子加速的方法有：經(jīng)過多次　　直線加速；利用電場　　和磁場的　　作用，回旋　速。 (2) 回旋加速器是利用電場對電荷的加速作用和磁場對運(yùn)動電荷的偏轉(zhuǎn)作用，在　　的范圍內(nèi)來獲得　　　　的裝置。[ (3)為了保證每次帶電粒子經(jīng)過狹縫時(shí)均被加速，使之能量不斷提高，要在狹縫處加一個(gè)　　電壓，產(chǎn)生交變電場的頻率跟粒子運(yùn)動的頻率　　。 　　⑷帶電粒子獲得的最大能量與D形盒　　有關(guān)。 三、提出疑惑 課內(nèi)探究學(xué)案 一、學(xué)習(xí)目標(biāo) 1、理解洛倫茲力對粒子不做功。 2、會推導(dǎo)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的半徑、周期公式，知道它們與哪些因素有關(guān)。 3、了解回旋加速器的工作原理。 二、學(xué)習(xí)過程 例1 三種粒子、、，它們以下列情況垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場，求它們的軌道半徑之比。 ①具有相同速度； ③具有相同動能。 解答 依據(jù)qvB＝m，得r＝ ①v、B相同，所以r∝，所以r1∶r2∶r3＝1∶2∶2 ②mv2相同，v∝，B相同，所以r∝，所以r1∶r2∶r3＝1∶∶1：1。 例2 如圖所示，一質(zhì)量為m，電荷量為q的粒子從容器A下方小孔S1飄入電勢差為U的加速電場。然后讓粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中做勻速圓周運(yùn)動，最后打到照相底片D上，如圖3所示。求 ①粒子進(jìn)入磁場時(shí)的速率 ②粒子在磁場中運(yùn)動的軌道半徑。 解答 ①粒子在S1區(qū)做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動。在S2區(qū)做勻速直線運(yùn)動，在S3區(qū)做勻速圓周運(yùn)動。 由動能定理可知 mv2＝qU確 由此可解出 ： v＝ ②粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動的軌道半徑為： r＝＝ r和進(jìn)入磁場的速度無關(guān)，進(jìn)入同一磁場時(shí)，r∝，而且這些個(gè)量中，U、B、r可以直接測量，那么，我們可以用裝置來測量比荷。 質(zhì)子數(shù)相同而質(zhì)量數(shù)不同的原子互稱為同位素。在圖4中，如果容器A中含有電荷量相同而質(zhì)量有微小差別的粒子，根據(jù)例題中的結(jié)果可知，它們進(jìn)入磁場后將沿著不同的半徑做圓周運(yùn)動，打到照相底片不同的地方，在底片上形成若干譜線狀的細(xì)條，叫質(zhì)譜線。每一條對應(yīng)于一定的質(zhì)量，從譜線的位置可以知道圓周的半徑r，如果再已知帶電粒子的電荷量q，就可算出它的質(zhì)量。這種儀器叫做質(zhì)譜議。 L v0 a b v θ θ y R R B 例5 質(zhì)量為m，電荷量為q的粒子，以初速度v0垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、寬度為L的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，如圖所示。求 (1)帶電粒子的運(yùn)動軌跡及運(yùn)動性質(zhì) (2)帶電粒子運(yùn)動的軌道半徑 (3)帶電粒子離開磁場電的速率 (4)帶電粒子離開磁場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角θ (5)帶電粒子在磁場中的運(yùn)動時(shí)間t (6)帶電粒子離開磁場時(shí)偏轉(zhuǎn)的側(cè)位移 解答 ⑴帶電粒子作勻速圓周運(yùn)動；軌跡為圓周的一部分。 ⑵R＝＝ ⑶v＝v0 ⑷sinθ＝＝ ⑸t＝＝ (θ弧度為單位) ⑹y＝R－＝R(1－cosθ) 三、反思總結(jié) 四、當(dāng)堂檢測 1.兩個(gè)帶電粒子沿垂直磁場方向射入同一勻強(qiáng)磁場，它們在磁場中作勻速圓周運(yùn)動的半徑相同，且轉(zhuǎn)動方向也相同，那么這兩粒子的情況是 （ ） A．兩粒子的速度大小一定相同 B．兩粒子的質(zhì)量一定相同 C．兩粒子的運(yùn)動周期一定相同 D．兩粒子所帶電荷種類一定相同 2. 在勻強(qiáng)磁場中，一個(gè)帶電粒子作勻速圓周運(yùn)動，如果又順利垂直進(jìn)入另一磁感應(yīng)強(qiáng)度是原來磁感應(yīng)強(qiáng)度2倍的勻強(qiáng)磁場，則 （ ） A．粒子的速率加倍，周期減半 B．粒子的速率加倍，軌道半徑減半 C．粒子的速率減半，軌道半徑變?yōu)樵瓉淼?/4 D．粒子的速率不變，周期減半 3.兩個(gè)粒子，帶電量相等，在同一勻強(qiáng)磁場中只受磁場力而做勻速圓周運(yùn)動 （ ） A. 若速率相等，則半徑一定相等 B. 若質(zhì)量相等，則周期一定相等 C. 若動量大小相等，則半徑一定相等 D. 若動量相等，則周期一定相等 4.質(zhì)子（P）和α粒子（H）以相同的速度垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場中，它們在垂直于磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，它們的軌道半徑和運(yùn)動周期關(guān)系是 ( ) A．R:R=1:2, T :T=1:2 B. R:R=2:1, T :T=1:2 C. R:R=1:2, T :T=2:1 D. R:R=1:4, T :T=1:4 5.把擺球帶電的單擺置于勻強(qiáng)磁場中，如圖所示，當(dāng)帶電擺球最初兩次經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)，相同的量是 （ ） 第7題 A.小球受到的洛倫茲力 B.擺線的拉力 C．小球的動能 D.小球的加速度 6.關(guān)于回旋加速器中電場和磁場的說法中正確的是 （ ） A.電場和磁場都對帶電粒子起加速作用 B.電場和磁場是交替地對帶電粒子做功的 C.只有電場能對帶電粒子起加速作用 D.磁場的作用是使帶電粒子在D形盒中做勻速圓周運(yùn)動 7.在回旋加速器內(nèi)，帶電粒子在半圓形盒內(nèi)經(jīng)過半個(gè)周期所需的時(shí)間與下列哪個(gè)量有關(guān) （ ） A.帶電粒子運(yùn)動的速度 B.帶電粒子運(yùn)動的軌道半徑 C.帶電粒子的質(zhì)量和電荷量 D.帶電粒子的電荷量和動量 課后練習(xí)與提高 1．在回旋加速器中,下列說法不正確的是 ( ) A．電場用來加速帶電粒子,磁場則使帶電粒子回旋 　 B．電場和磁場同時(shí)用來加速帶電粒子 　 C．在交流電壓一定的條件下,回旋加速器的半徑越大,同一帶電粒子獲得的動能越大 　 D．同一帶電粒子獲得的最大動能只與交流電壓的大小有關(guān),而與交流電壓的頻率無關(guān) 2．如圖所示，一導(dǎo)電金屬板置于勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)電流方向向上時(shí)，金屬板兩側(cè)電子多少及電勢高低，判斷正確的是 （ ） A．左側(cè)電子較多，左側(cè)電勢較高 B．左側(cè)電子較多，右側(cè)電勢較高 C．右側(cè)電子較多，左側(cè)電勢較高 D．右側(cè)電子較多，右側(cè)電勢較高 第３題 第2題 3.一個(gè)帶正電的微粒（不計(jì)重力）穿過如圖中勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場區(qū)域時(shí)，恰能沿直線運(yùn)動，則欲使電荷向下偏轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)采用的辦法是 　　　?。? ） A．增大電荷質(zhì)量 B．增大電荷電量 C．減少入射速度 D．增大磁感應(yīng)強(qiáng)度 E．減少電場強(qiáng)度 4．用同一回旋加速器分別對質(zhì)子和氚核()加速后　　　　　　　　　　?。ā　。? A．質(zhì)子獲得的動能大于氚核獲得的動能 B．質(zhì)子獲得的動能等于氚核獲得的動能 C．質(zhì)子獲得的動能小于氚核獲得的動能 D．質(zhì)子獲得的動量等于氚核獲得的動量 5．關(guān)于回旋加速器加速帶電粒子所獲得的能量，下列說法正確的是 ?。?　 ） A．與加速器的半徑有關(guān)，半徑越大，能量越大 B．與加速器的磁場有關(guān)，磁場越強(qiáng)，能量越大 C．與加速器的電場有關(guān)，電場越強(qiáng)，能量越大 D．與帶電粒子的質(zhì)量和電荷量均有關(guān)，質(zhì)量和電荷量越大，能量越大 6．如圖所示是粒子速度選擇器的原理圖,如果粒子所具有的速率v=E/B那么( 　 　) A．帶正電粒子必須沿ab方向從左側(cè)進(jìn)入場區(qū),才能沿直線通過　 B．帶負(fù)電粒子必須沿ba方向從右側(cè)進(jìn)入場區(qū),才能沿直線通過 C．不論粒子電性如何,沿ab方向從左側(cè)進(jìn)入場區(qū),都能沿直線通過 第７題 D．不論粒子電性如何,沿ba方向從右側(cè)進(jìn)入場區(qū),都能沿直線通過 第６題 7.如圖所示，a和b是從A點(diǎn)以相同的動能射入勻強(qiáng)磁場的兩個(gè)帶等量電荷的粒子運(yùn)動的半圓形徑跡，已知ra=2rb ，則由此可知 （ ） A．兩粒子均帶正電，質(zhì)量比ma/mb=4 B．兩粒子均帶負(fù)電，質(zhì)量比ma/mb=4 C．兩粒子均帶正電，質(zhì)量比ma/mb=1/4 D．兩粒子均帶負(fù)電，質(zhì)量比ma/mb=1/4 8. 如圖所示，勻強(qiáng)磁場中有一個(gè)帶電量為q的正離子，自a點(diǎn)沿箭頭方向運(yùn)動，當(dāng)它沿圓軌道運(yùn)動到b點(diǎn)時(shí)，突然吸收了附近的若干個(gè)電子，接著沿另一圓軌道運(yùn)動到與a、b在一條直線上的c點(diǎn)，已知ac=ab/2.電子電量為e，由此可知，正離子吸收的電子個(gè)數(shù)為 ( ) A． B． C． D． 第9題 第8題 9.如圖所示，質(zhì)量為m帶正電q的液滴，處在水平方向的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，液滴運(yùn)動速度為v，若要液滴在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，則施加的勻強(qiáng)電場方向?yàn)? ，場強(qiáng)大小為 ，從垂直于紙面向你看 ，液體的繞行方向?yàn)? 。 第14題 10.如圖所示,一束電子流以速率v通過一個(gè)處于矩形空間的勻強(qiáng)磁場,速度方向與磁感線垂直。且平行于矩形空間的其中一邊,矩形空間邊長為a和a電子剛好從矩形的相對的兩個(gè)頂點(diǎn)間通過,求電子在磁場中的飛行時(shí)間。 選修3-1第三章 3.6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動導(dǎo)學(xué)答案 預(yù)習(xí)內(nèi)容： 1、⑴勻速直線?、苿蛩賵A周　垂直　r＝ 　　T＝?、莿蛩賵A周　勻速直線 2、質(zhì)量　　同位素 3、⑴電場　加速　　偏轉(zhuǎn)　加　⑵較小　　高能粒子?、墙蛔儭∫恢隆、取“霃? 當(dāng)堂檢測 １、Ｄ；２、D；３、BC；４、A；5、CD；6、CD 7、C 課后練習(xí)與提高１、 B D；２、B；３、C； 4、AD；5、AB；6、AC 7、Ｂ；8、D； 9、向上 mg/q 逆時(shí)針； 10、2πa /3v