《带电粒子在匀强磁场中的运动》教学设计
祝塘中学 谢正平
一、教学设计思路
这节内容主要是使学生清楚在匀强磁场中带电粒子在洛伦兹力作用下运动的情况及其成因。有洛伦兹力演示仪和动画课件的辅助，学生大体理解带电粒子是做匀速圆周运动，轨道半径和周期也不难明白，但更多的是让学生了解过程、细节，如每时每刻洛伦力兹力与粒子速度都是垂直关系，这往往是解决带是粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动综合性问题的突破口。而这样的综合性题目在高考中常常见到，有时甚至以压轴题出现，要很好地解决它，不是仅仅知道轨道半径公式和周期公式就行的，分析出粒子的运动过程，找出其几何关系，才是解决问题的首要。
为了使学生注意带电粒子在匀强磁场中运动的过程，采用课件动画模拟，从而反复观察直到学生清楚为止，也验证着相关的猜想和结果。为了保持思想的流畅和活跃，在观察动画或视频的同时（或之后），逐步提出有关问题，分解成多个问题，阶梯式地上升，逼近结果，得出结论。
二、教学目标
1．知识与技能
（1）了解显示电子径迹的方法
（2）理解带电粒子垂直射入匀强磁场时的运动性质及相应的轨道半径和周期
（3）了解质谱仪
2．过程与方法
通过观察视频和动画，知道洛伦兹力提供向心力，结合匀速圆周运动的公式，得出轨道半径和周期；利用带电粒子垂直射入匀强磁场时做匀速圆周运动，制造出质谱仪，是精确测量带电粒子的质量和分析同位素的一种重要工具。
3．情感、态度与价值观
通过对带电粒子垂直射入匀强磁场做匀速圆周运动的轨道半径和周期公式的推导，
培养学生严密的科学态度。
三、教学重点、难点
重点：理解轨道半径和周期。
难点：带电粒子垂直射入匀强磁场做匀速圆周运动的成因。
四、实验器材及教学媒体的选择与使用
洛伦兹力演示仪、多媒体投影系统。
五、教学方法
提问、讨论、讲解、观察、练习反馈。
六、教学过程
1．引入新课
上节课推导出带电粒子在匀强磁场中受力，即洛伦兹力F=qvB，那么：垂直射入匀强磁场中的带电粒子，在洛伦兹力F=qvB的作用下，将会偏离原来的运动方向。则粒子的运动径迹是怎样的呢？
2．讲授新课
（1）观察洛伦兹力演示仪，然后投影出它的视频
提问：①通过什么方法观察到电子的径迹？（电子射线使管内的低压水银蒸气（或氢气）发出光辉，显示出电子的径迹）
②你观察到了带电粒子的是一个怎样径迹？（没有磁场时，电子的径迹是直线；外加匀强磁场时，电子的径迹是圆形）
（2）动画模拟
仔细反复观察《带正电的粒子在磁场中的运动》动画，逐步完成下面的问题：
①带电粒子在什么条件下做圆周运动？（带电粒子垂直射入磁场）
②是一种什么性质的圆周运动？（匀速圆周运动）
③为什么是匀速圆周运动？（因为带电粒子受到一个大小不变、方向总与粒子运动方向垂直的洛伦兹力）
④什么力提供了向心力？（洛伦兹力F=qvB）
⑤结合匀速圆周运动的有关公式，得出半径与什么物理量有关？
（）改变动画中带电粒子的速度，形象观察，使学生获得感性
认识，同化理性推导的结果。
⑥带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力对带电粒子做了功吗？（没有）
⑦通过观察左边的动画，你联想到与以前哪种情景的运动相似？（万有引力提供向心力的人造卫星绕地球或行星绕恒星运动的情景相似）
⑧粒子运动的快慢与什么因素有关呢？（不立即回答，引出下面的周期问题）
(3)观察洛伦兹力演示仪，验证上述思想，强化轨道半径公式
(4)观察《不速度的电子在同一磁场中的运动》动画。
。
提问：①你观察到了一个什么有趣的现象？（不同速度的电子在同一磁场中运动，轨道半径不同，但运动一周的时间相等，即周期相同）
②如何解释这个现象？（带电粒子速度无关！）
（5）知识反馈与巩固
，与
观察《运动电荷垂直于磁场》动画，由参数选择的组合，根据学生的实际情况，可以事先或当堂编制一些物理问题，如带电粒子将朝哪个方向做圆周运动（左手定则的考查）？轨道半径和周期分别是多少（巩固轨道半径和周期公式）？学生回答完后，可以立即从课件上得到验证。
（6）了解质谱仪
通过《质谱仪原理》课件，了解质谱仪的原理和作用。
（7）小结即板书部分
①带电粒子垂直射入匀强磁场中是做匀速圆周运动
轨道半径
周期
②应用：质谱仪
七、教学反思
这节课使用多媒体技术，使得传统很难讲述的问题变得轻松，比如带电粒子的运动径迹，传统课很难显示，用洛伦兹力演示仪也是通过光辉效应间接显示，而且对于全教室的学生清晰度不高、观察的可见度低，而应用多媒体技术就轻松地解决了这个问题。由于有了带电粒子在磁场中径迹显示过程，也就使学生了解了其过程，而不是简单的记忆结果。有了动画形象的衬托，使学生获得感性的认识，有利地帮助学生理解理性推导的轨道半径和周期公式等。也就说，这节课使用了动画，突出了学生学习带电粒子在磁场中运动的过程。
在显示带电粒子的径迹方法上，本堂课只用了水银蒸汽的光辉效应，没能用动画形式展示更多的方法，如云室法、汽泡室法，可能需要今后作进一步的研究。
带电粒子在匀强磁场中的运动教学设计解读
