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2019-2020年高中物理《帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 質(zhì)譜儀》說(shuō)課稿 教材分析 1.教材的地位和作用： 《磁場(chǎng)》一章講述電磁關(guān)系中基本概念之一的磁場(chǎng)以及磁場(chǎng)與帶電物體之間的力學(xué)聯(lián)系，是高二電磁部分的重點(diǎn)章節(jié)之一，而本節(jié)課則又是此章的重中之重，在歷屆高考命題中特別是綜合計(jì)算題部分屢次出現(xiàn)，是本章教學(xué)中不可忽視的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在教學(xué)大綱中“帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)”為B級(jí)要求，“質(zhì)譜儀”為A級(jí)要求。本節(jié)課的理論基礎(chǔ)是力學(xué)部分曲線運(yùn)動(dòng)知識(shí)尤其是勻速圓周運(yùn)動(dòng)和向心力相關(guān)內(nèi)容以及前一節(jié)洛侖茲力概念和特點(diǎn)等內(nèi)容。因此這一節(jié)既是力學(xué)部分和電磁學(xué)部分舊知識(shí)的回憶復(fù)習(xí)，又是將這兩部分有機(jī)整合進(jìn)行全新理論的構(gòu)建過(guò)程。通過(guò)本節(jié)學(xué)習(xí)，學(xué)生一方面加強(qiáng)了洛侖茲力作用特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)以及勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心力概念的把握，另一方面將兩者結(jié)合最終得出帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，學(xué)生能夠充分體會(huì)到物理知識(shí)的聯(lián)系性和規(guī)律性，這不光有助于他們學(xué)會(huì)知識(shí)，而且使他們會(huì)學(xué)知識(shí)，學(xué)好本節(jié)內(nèi)容將增強(qiáng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)，能為今后進(jìn)一步更好地掌握學(xué)習(xí)方法打下基礎(chǔ)。 2.教學(xué)目標(biāo)： 知識(shí)目標(biāo) ①理解帶電粒子的初速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直時(shí)，做勻速圓周運(yùn)動(dòng) ②會(huì)推導(dǎo)帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑、周期公式，并會(huì)用它們解決有關(guān)問(wèn)題 ③知道質(zhì)譜儀的工作原理 能力目標(biāo)： ①通過(guò)回憶洛侖茲力方向與觀察演示實(shí)驗(yàn)——帶電粒子軌跡特點(diǎn)相結(jié)合分析培養(yǎng)學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象抓住內(nèi)在本質(zhì)聯(lián)系的洞察能力 ②通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生建立向心力與洛侖茲力等量關(guān)系使其自行推導(dǎo)周期半徑公式培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理能力 情感目標(biāo)： 質(zhì)譜儀將基本的帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)規(guī)律直接推至科研最前沿——同位素的分析測(cè)定，讓學(xué)生親身體會(huì)到物理知識(shí)對(duì)于人類(lèi)認(rèn)識(shí)與改造世界過(guò)程中所起的巨大作用，這將鼓勵(lì)學(xué)生樹(shù)立遠(yuǎn)大理想，使他們充滿信心地在科學(xué)海洋中暢游。 3.教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)： 重點(diǎn)： ①帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)作何種運(yùn)動(dòng)，以及此運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和產(chǎn)生原因 ②半徑與周期公式在處理問(wèn)題中的運(yùn)用 ③質(zhì)譜儀工作原理 難點(diǎn)： 本節(jié)難點(diǎn)為①確定垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的帶電粒子運(yùn)動(dòng)是垂直磁場(chǎng)平面上的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，②半徑公式與周期公式和粒子動(dòng)量、能量等結(jié)合應(yīng)用。其原因主要是①中，學(xué)生對(duì)向心力與勻速圓周運(yùn)動(dòng)認(rèn)識(shí)的生疏遺忘以及缺乏左手定則與空間想象力的結(jié)合能力；在②中，動(dòng)量與能量關(guān)系本身就是學(xué)生感到繁復(fù)的知識(shí)點(diǎn)，再與本節(jié)課的新知識(shí)相結(jié)合，更加成為學(xué)生難以掌握的一道坎。 教法與學(xué)法設(shè)計(jì) 教法：本節(jié)課從研究帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況與磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況對(duì)比入手，采用啟發(fā)式教學(xué)與發(fā)現(xiàn)法想結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生自己一步步得出帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡情況，并輔以直觀演示法與分析歸納法等綜合教學(xué)方法，使學(xué)生建立猜想——觀察——分析——推理——?dú)w納——應(yīng)用這一學(xué)習(xí)流程。 學(xué)法：對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)發(fā)現(xiàn)流程化的學(xué)法指導(dǎo)，使他們建立科學(xué)、合理、有效的學(xué)習(xí)體系 教學(xué)程序設(shè)計(jì) 1.課題引入 a.首先引導(dǎo)學(xué)生回顧帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受洛侖茲力的大小及方向，知道大小 F洛=qvB，方向則根據(jù)左手定則判斷（始終垂直于速度方向）。 b.設(shè)計(jì)兩種情況下帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡：①垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng) ②垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，比較各自運(yùn)動(dòng)情況 多數(shù)學(xué)生等很快從舊知識(shí)中得出在①情況下，粒子做類(lèi)似于平拋運(yùn)動(dòng)，而對(duì)于情況②，部分學(xué)生根據(jù)則根據(jù)“洛侖茲力方向垂直于v方向”的結(jié)論立刻回答②中粒子也做類(lèi)似平拋運(yùn)動(dòng)，另一部分學(xué)生則表現(xiàn)為猶豫不決。教師在此不管學(xué)生回答正確與否都應(yīng)馬上追問(wèn)：為什么？引導(dǎo)學(xué)生思考，并最終推翻原來(lái)學(xué)生錯(cuò)誤結(jié)論。但留下疑問(wèn)，②中粒子究竟應(yīng)該如何運(yùn)動(dòng)？ 2.觀察演示實(shí)驗(yàn)： 帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)——洛侖茲力演示儀 當(dāng)沒(méi)有磁場(chǎng)作用時(shí)，電子軌跡為一直線，而一旦加上垂直于電子速度方向的磁場(chǎng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)電子軌跡為圓形。由此解答了學(xué)生剛才在情形②中所留問(wèn)題。但接下來(lái)就是解決為何軌跡為圓形的問(wèn)題。本實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，效果明顯，但應(yīng)注意為便于學(xué)生觀察，必須要降低周?chē)h(huán)境光線，對(duì)于實(shí)物投影儀等設(shè)備要加以利用，這能有助于多數(shù)學(xué)生觀察到明顯現(xiàn)象。 3.突出重點(diǎn)，化解難點(diǎn) a.軌跡問(wèn)題 先設(shè)計(jì)下列一組設(shè)問(wèn)，引導(dǎo)學(xué)生思考 ①F洛在什么平面內(nèi)？它與v的方向關(guān)系如何？ 先提醒學(xué)生利用左手定則回答，并要求考慮在一系列連續(xù)的變化過(guò)程中，兩者之間的聯(lián)系和變化情況，最后教師用受力分析和幾何作圖詳細(xì)闡明這一過(guò)程，幫助學(xué)生化解此出難點(diǎn) ②F洛對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷是否做功 提醒學(xué)生利用做功知識(shí)來(lái)考慮 ③F洛對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷起何作用 提醒學(xué)生在回答時(shí)將此作用與向心力對(duì)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)物體所起的作用進(jìn)行類(lèi)比 ④帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)具有什么特點(diǎn) 提醒學(xué)生利用向心力與勻速圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)來(lái)回答 帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡這一重點(diǎn)就在教師精心設(shè)計(jì)引導(dǎo)下由學(xué)生自行解決 b.半徑公式與周期公式 設(shè)問(wèn)：帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)什么力作為向心力 學(xué)生答：F向=F洛=qvB 設(shè)問(wèn)：向心力與速度、半徑關(guān)系 學(xué)生答：F向=mv2/r 繼續(xù)推導(dǎo)得出：qvB= mv2/r → r= mv/ qB，即半徑公式，鼓勵(lì)學(xué)生試著推導(dǎo)周期公式，結(jié)合前面已得的半徑公式，學(xué)生不難得出T=2πm/qB，即周期公式。半徑公式與周期公式的實(shí)際問(wèn)題應(yīng)用可設(shè)計(jì)下列幾點(diǎn)討論①質(zhì)量不同電量相同的帶電粒子，若以大小相等的動(dòng)量垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，它們的軌道半徑關(guān)系如何？②質(zhì)量不同電量相同的帶電粒子，若以大小相等的能量垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，它們的軌道半徑關(guān)系如何？③在同一 磁場(chǎng)中做半徑相等的圓周運(yùn)動(dòng)的氫、氦原子核，哪個(gè)運(yùn)動(dòng)速度大？④同一帶電粒子，在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它的速率增大時(shí)，其周期怎樣改變？通過(guò)上述討論可在加速學(xué)生對(duì)于兩個(gè)公式應(yīng)用的熟練掌握同時(shí)解決能量和動(dòng)量在其中的應(yīng)用關(guān)系。 c.質(zhì)譜儀 先安排課本P155例題作為學(xué)生過(guò)渡性練習(xí)，再介紹例題中所示儀器即為質(zhì)譜儀，分析其工作原理，再舉一例：當(dāng)氫的三種同位素氕、氘、氚以相同的速度進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖4，求它們的軌道半徑比 以此例幫助學(xué)生加深對(duì)質(zhì)譜儀原理和功用的認(rèn)識(shí)。 4.反饋練習(xí)，鞏固知識(shí) 為使學(xué)生所學(xué)知識(shí)具有穩(wěn)定性，并使知識(shí)順利遷移。本堂課安排兩道習(xí)題進(jìn)行鞏固練習(xí)，課堂練習(xí)的的安排應(yīng)遵循由易及難，循序漸進(jìn)的的教學(xué)原則。例1，一帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)周期為2π10-5s.已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.8T，則該粒子的質(zhì)量與其電量的比值為多少？ 例2， 如下圖所示，在正方形abcd范圍內(nèi)，有方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電子各以不同的速率，都從a點(diǎn)沿ab方向垂直磁場(chǎng)方向射入磁場(chǎng)，其中速率為v1 的電子從c點(diǎn)沿bc射出，速率為v2的電子從d點(diǎn)沿cd方向射出。不計(jì)重力，兩電子（ ） （A）速率之比v1/v2=2 （B）在磁場(chǎng)中運(yùn)行的周期之比T1/T2=1/2 （C）在磁場(chǎng)中運(yùn)行的時(shí)間之比 t1/t2=1/2 （D）動(dòng)量大小之比p1/p2=1 其中例1是對(duì)周期公式的簡(jiǎn)單應(yīng)用，目的在于熟練運(yùn)用相關(guān)知識(shí)，例2則是在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，將較復(fù)雜的粒子偏轉(zhuǎn)的平面幾何知識(shí)與周期公式和半徑公式相結(jié)合，使學(xué)生思維想縱深化發(fā)展。 5.總結(jié)與布置作業(yè) 總結(jié)本堂課三大重點(diǎn)，其過(guò)程可由學(xué)生自己操作，布置作業(yè)：課本第十六章練習(xí)四