高中物理《洛倫茲力的應(yīng)用》教學(xué)教案

時(shí)間：2023-11-30 09:45:23 偲穎教案

　　作為一名默默奉獻(xiàn)的教育工作者，時(shí)常需要用到教案，借助教案可以恰當(dāng)?shù)剡x擇和運(yùn)用教學(xué)方法，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。教案要怎么寫呢？以下是小編為大家整理的高中物理《洛倫茲力的應(yīng)用》教學(xué)教案，歡迎大家分享。

高中物理《洛倫茲力的應(yīng)用》教學(xué)教案

　　高中物理《洛倫茲力的應(yīng)用》教學(xué)教案1

　　【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

　　洛倫茲力、圓周運(yùn)動、圓心、半徑、運(yùn)動時(shí)間

　　【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】

　　確定做勻速圓周運(yùn)動的圓心

　　【知識要點(diǎn)】

　　基礎(chǔ)知識：

　　1、洛侖茲力

　　通電導(dǎo)線所受到的安培力實(shí)際上是作用在運(yùn)動電荷上的洛侖茲力的。

　　2、洛侖茲力的方向

　　用左手定則判定。應(yīng)用左手定則要注意：

　　（1）判定負(fù)電荷運(yùn)動所受洛侖茲力的方向，應(yīng)使四指指向電荷運(yùn)動的方向。

　　（2）洛侖茲力的方向總是既垂直于又垂直于，即總是垂直于所決定的平面。但在這個(gè)平面內(nèi)電荷運(yùn)動方向和磁場方向卻不一定垂直，當(dāng)電荷運(yùn)動方向與磁場方向不垂直時(shí)，應(yīng)用左手定則不可能使四指指向電荷運(yùn)動方向的同時(shí)讓磁感線垂直穿入手心，這時(shí)只要磁感線從手心穿入即可。

　　3、洛侖茲力的大小

　　f=，其中是帶電粒子的運(yùn)動方向與磁場方向的夾角。

　　（1）當(dāng)=90°，即v的方向與B的方向垂直時(shí)，f=這種情況下洛侖茲力。

　　（2）當(dāng)=0°，即v的方向與B的方向平行時(shí)，f=最小。

　　（3）當(dāng)v=0，即電荷與磁場無相對運(yùn)動時(shí)，f=，表明了一個(gè)重要結(jié)論：磁場只對相對于磁場運(yùn)動的電荷有作用力，而對相對磁場靜止的電荷沒有作用力。

　　4、如何確立帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的圓心、半徑及運(yùn)動時(shí)間？

　　（1）圓心的確定。因?yàn)槁鍌惼澚指向圓心，根據(jù)f⊥v，畫出粒子運(yùn)動軌跡上任意兩點(diǎn)（一般是射入和射出磁場的兩點(diǎn)）的f的方向，其延長線的交點(diǎn)即為圓心。

　　（2）半徑的確定和計(jì)算。圓心找到以后，自然就有了半徑（一般是利用粒子入、出磁場時(shí)的半徑）。半徑的計(jì)算一般是利用幾何知識，常用解三角形的方法及圓心角等于圓弧上弦切角的兩倍等知識。

　　（3）在磁場中運(yùn)動時(shí)間的確定。利用圓心角與弦

　　切角的關(guān)系，或者是四邊形內(nèi)角和等于360°計(jì)算出圓心角的大小，由公式t=×T可求出運(yùn)動時(shí)間。

　　有時(shí)也用弧長與線速度的比。還應(yīng)注意到：

　　①速度的偏向角等于弧AB所對的圓心角。

　　②偏向角與弦切角的關(guān)系為：＜180°，=2；＞180°，=360°-2。

　　（4）注意圓周運(yùn)動中有關(guān)對稱規(guī)律

　　如從同一直線邊界射入的粒子，再從這一邊射出時(shí)，速度與邊界的夾角相等；在圓形磁場區(qū)域內(nèi)，沿徑向射入的粒子，必沿徑向射出。

　　【典型例題】

　　例1、圖中MN表示真空室中垂直于紙面的平板，它的一側(cè)有勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。一帶電粒子從平板上狹縫O處以垂直于平板的初速v射入磁場區(qū)域，最后到達(dá)平板上的P點(diǎn)。已知B、v以及P到O的距離l，不計(jì)重力，求此粒子的電荷e與質(zhì)量m之比。

　　解析：粒子初速v垂直于磁場，粒子在磁場中受洛倫茲力而做勻速圈周運(yùn)動，設(shè)其半徑為R，由洛倫茲力公式和牛頓第二定律，有Bqv=mv2/R，因粒子經(jīng)O點(diǎn)時(shí)的速度垂直于OP，故OP是直徑，l＝2R，由此得例2、一個(gè)負(fù)離子，質(zhì)量為m，電量為q，以速率v垂直于屏S經(jīng)小孔O射入有勻強(qiáng)磁場的真空室中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與離子運(yùn)動方向垂直，并垂直于紙面向里，如圖所示。如果離子進(jìn)入磁場后經(jīng)過時(shí)間t到達(dá)P點(diǎn)，則直線OP與離子入射方向之間的夾角跟t的關(guān)系式如何？

　　解析：做出OP的中垂線與OS的交點(diǎn)即為離子做勻速圓周運(yùn)動的'圓心：

　　方法一：弧OP對應(yīng)的圓心角①

　　周期T=②

　　運(yùn)動時(shí)間：t=③

　　解得：④

　　方法二：弧OP對應(yīng)的圓心角⑤

　　半徑為r，則qvB=⑥

　　弧長：l=r⑦

　　線速度：v=⑧

　　解得：⑨

　　例3、如圖，在某裝置中有一勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于Oxy所在的紙面向外。某時(shí)刻在x=l0、y=0處，一質(zhì)子沿y軸的負(fù)方向進(jìn)入磁場；同一時(shí)刻，在x=-l0、y=0處，一個(gè)粒子進(jìn)入磁場，速度方向與磁場垂直。不考慮質(zhì)子與粒子的相互作用。設(shè)質(zhì)子的質(zhì)量為m，電荷量為e。

　　（1）如果質(zhì)子經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)O，它的速度為多大？

　　（2）如果粒子與質(zhì)子經(jīng)最短時(shí)間在坐標(biāo)原點(diǎn)相遇，粒子的速度應(yīng)為何值？方向如何？

　　解析：①質(zhì)子的運(yùn)動軌跡如圖示，其圓心在x=處

　　其半徑r1=⑴

　　又r1=⑵

　　⑶

　　②質(zhì)子從x=l0處至達(dá)坐標(biāo)原點(diǎn)O處的時(shí)間為

　　t=⑷

　　又TH=⑸

　　⑹

　　粒子的周期為⑺

　　⑻

　　兩粒子的運(yùn)動軌跡如圖示

　　由幾何關(guān)系得：⑼

　　又⑽

　　解得：

　　與x軸正方向的夾角為。

　　【達(dá)標(biāo)訓(xùn)練】

　　1.每時(shí)每刻都有大量帶電的宇宙射線向地球射來，地球磁場可以有效地改變這些宇宙射線中大多數(shù)帶電粒子的運(yùn)動方向，使它們不能到達(dá)地面，這對地球上的生命有十分重要的意義。假設(shè)有一個(gè)帶正電的宇宙射線粒子正垂直于地面向赤道射來，（如圖，地球由西向東轉(zhuǎn)，虛線表示地球自轉(zhuǎn)軸，上方為地理北極），在地球磁場的作用下，它將（A）

　　A.向東偏轉(zhuǎn)

　　B.向南偏轉(zhuǎn)

　　C.向西偏轉(zhuǎn)

　　D.向北偏轉(zhuǎn)

　　2.圖為云室中某粒子穿過鉛板P前后的軌跡。室中勻強(qiáng)磁場的方向與軌跡所在平面垂直（圖中垂直于紙面向里）。由此可知此粒子（A）

　　A.一定帶正電

　　B.一定帶負(fù)電

　　C.不帶電

　　D.可能帶正電，也可能帶負(fù)電

　　3.如圖所示，在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場的邊界上，有兩個(gè)質(zhì)量和電量均相同的正、負(fù)離子，從O點(diǎn)以相同的速度射入磁場中，射入方向均與邊界成角。若不計(jì)重力，關(guān)于正、負(fù)離子在磁場中的運(yùn)動，下列說法正確的是（B）

　　A.運(yùn)動的軌道半徑不相同

　　B.重新回到邊界的速度大小和方向都相同

　　C.重新回到邊界的位置與O點(diǎn)距離不相同

　　D.運(yùn)動的時(shí)間相同

　　4.如圖，在x＞0、y＞0的空間中有恒定的勻強(qiáng)磁場，磁感強(qiáng)度的方向垂直于xOy平面向里，大小為B。現(xiàn)有一質(zhì)量為m電量為q的帶電粒子，在x軸上到原點(diǎn)的距離為x0的P點(diǎn)，以平行于y軸的初速度射入此磁場，在磁場作用下沿垂直于y軸的方向射出此磁場。不計(jì)重力的影響。由這些條件可知（D）

　　A.不能確定粒子通過y軸時(shí)的位置

　　B.不能確定粒子速度的大小

　　C.不能確定粒子在磁場中運(yùn)動所經(jīng)歷的時(shí)間

　　D.以上三個(gè)判斷都不對

　　5.一個(gè)質(zhì)量為m、帶電量為q的粒子，以速度v垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，粒子經(jīng)過一段時(shí)間，受到的沖量大小為mv，不計(jì)重力，則這段時(shí)間可能為（CD）

　　A.2m/(qB)

　　B.m/(qB)

　　C.m/(3qB)

　　D.7m/(3qB)

　　6.質(zhì)子（）和粒子（）從靜止開始經(jīng)相同的電勢差加速后垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場做圓周運(yùn)動，則這兩粒子的動能之比Ek1:Ek2=，軌道半徑之比r1:r2=，周期之比T1:T2=。

　　1:21:；1:2

　　7.如圖所示，一電子以速度1.0×107m/s與x軸成30°的方向從原點(diǎn)出發(fā)，在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T，那么圓運(yùn)動的半徑為m，經(jīng)過時(shí)間s，第一次經(jīng)過x軸。（電子質(zhì)量m=9.1×10-31kg）5.69×10-5,5.95×10-12。

　　8.在圖所示的各圖中，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B，帶電粒子的速率均為v、帶電量均為q。試求出圖中帶電粒子所受洛侖茲力的大小。F=qvBF=qvB0F=qvB。

　　9.如圖所示一電子以速度v垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，寬度為d的勻強(qiáng)磁場中，穿透磁場時(shí)速度方向與電子原來入射方向夾角30°，則電子的質(zhì)量是。

　　高中物理《洛倫茲力的應(yīng)用》教學(xué)教案2

　　洛倫茲力是高考的重要考點(diǎn)，對學(xué)生的要求也比較高，所以對這一節(jié)的教學(xué)要遵循循序漸進(jìn)的原則，讓學(xué)生有興趣來學(xué)。

　　教這一節(jié)時(shí)，首先要明確學(xué)習(xí)目標(biāo)：

　　1、知道帶電粒子垂直入射勻強(qiáng)磁場會在磁場中做勻速圓周運(yùn)動；

　　2、掌握帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的軌道半徑公式和周期公式；

　　3、知道速度選擇器和質(zhì)譜儀的工作原理和計(jì)算方法；

　　4、知道回旋加速器的基本構(gòu)造及工作原理。

　　其次，讓學(xué)生帶著問題閱讀課本，我設(shè)計(jì)以下問題：洛倫茲力的大小表達(dá)式、方向判斷及帶電粒子以速度平行或垂直射入勻強(qiáng)磁場后，粒子的受力情況；猜想帶電粒子垂直飛入勻強(qiáng)磁場的運(yùn)動情況；通過什么方法能觀察到電子的軌跡？

　　再次是合作探究，設(shè)計(jì)如下：

　　觀察洛倫茲演示儀，播放視頻。

　　電子射線通過充有稀有氣體的.玻璃泡時(shí)，可以顯示電子的徑跡。

　　展示洛倫茲力演示儀，解釋工作原理。

　　觀察不加磁場時(shí)帶電粒子的軌跡，并分析成因。與學(xué)生討論帶電粒子在磁場中運(yùn)動受洛倫茲力，方向始終與速度方向垂直，且在同一平面上。洛倫茲力在速度方向沒有分量。帶電粒子運(yùn)動速度大小不變。引導(dǎo)學(xué)生回顧勻速圓周運(yùn)動的條件，對比帶電粒子運(yùn)動的情況。勻速圓周運(yùn)動所需的向心力恰好由洛倫茲力提供。因此猜測帶電粒子運(yùn)動軌跡為一個(gè)圓。

　　圓周運(yùn)動由運(yùn)動周期和軌道半徑描述，從軌道半徑的角度出發(fā)，我們寫出洛倫茲力大小表達(dá)式，以及帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動所需向心力表達(dá)式。洛倫茲力提供向心力，由此得出軌道半徑與其他物理量的關(guān)系。然后觀察演示儀驗(yàn)證猜想。

　　回顧軌道半徑表達(dá)式，影響軌道半徑大小的因素包括入射速度，磁場強(qiáng)度，帶電粒子的質(zhì)量和帶電量。

　　改變?nèi)肷渌俣群痛艌鰪?qiáng)度分別會如何改變軌道半徑的大小？

　　最后，介紹質(zhì)譜儀和回旋加速器的工作原理。

　　質(zhì)譜儀工作分兩步：帶電粒子從電場中獲得速度；帶電粒子在磁場中運(yùn)動的過程。測得帶電粒子在磁場中運(yùn)動的半徑，結(jié)合已知電場和磁場強(qiáng)度，即可得粒子荷質(zhì)比。

　　從粒子的層面，進(jìn)一步深入到研究原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)，引出回旋加速器的介紹。可以設(shè)計(jì)問題引導(dǎo)：

　　1、怎樣給粒子加速；

　　2、怎樣節(jié)省空間；

　　3、怎樣確保加速。

　　最后設(shè)計(jì)了典型例題以供學(xué)生練習(xí)。

　　對本節(jié)課的反思：

　　1、對這節(jié)課的教學(xué)安排要兩節(jié)課，才能完成教學(xué)任務(wù)。