高中物理《洛倫茲力的應用》教學教案

時間：2023-11-30 09:45:23 偲穎教案

高中物理《洛倫茲力的應用》教學教案

　　作為一名默默奉獻的教育工作者，時常需要用到教案，借助教案可以恰當地選擇和運用教學方法，調動學生學習的積極性。教案要怎么寫呢？以下是小編為大家整理的高中物理《洛倫茲力的應用》教學教案，歡迎大家分享。

高中物理《洛倫茲力的應用》教學教案

　　高中物理《洛倫茲力的應用》教學教案1

　　【學習目標】

　　洛倫茲力、圓周運動、圓心、半徑、運動時間

　　【學習重點】

　　確定做勻速圓周運動的圓心

　　【知識要點】

　　基礎知識：

　　1、洛侖茲力

　　通電導線所受到的安培力實際上是作用在運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。應用左手定則要注意：

　　（1）判定負電荷運動所受洛侖茲力的方向，應使四指指向電荷運動的方向。

　　（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。但在這個平面內電荷運動方向和磁場方向卻不一定垂直，當電荷運動方向與磁場方向不垂直時，應用左手定則不可能使四指指向電荷運動方向的同時讓磁感線垂直穿入手心，這時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動方向與磁場方向的夾角。

　　（1）當=90°，即v的方向與B的方向垂直時，f=這種情況下洛侖茲力。

　　（2）當=0°，即v的方向與B的方向平行時，f=最小。

　　（3）當v=0，即電荷與磁場無相對運動時，f=，表明了一個重要結論：磁場只對相對于磁場運動的電荷有作用力，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磁場中做勻速圓周運動的圓心、半徑及運動時間？

　　（1）圓心的確定。因為洛倫茲力f指向圓心，根據f⊥v，畫出粒子運動軌跡上任意兩點（一般是射入和射出磁場的兩點）的f的方向，其延長線的交點即為圓心。

　　（2）半徑的確定和計算。圓心找到以后，自然就有了半徑（一般是利用粒子入、出磁場時的半徑）。半徑的計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）在磁場中運動時間的確定。利用圓心角與弦

　　切角的關系，或者是四邊形內角和等于360°計算出圓心角的大小，由公式t=×T可求出運動時間。

　　有時也用弧長與線速度的比。還應注意到：

　　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系為：＜180°，=2；＞180°，=360°-2。

　　（4）注意圓周運動中有關對稱規律

　　如從同一直線邊界射入的粒子，再從這一邊射出時，速度與邊界的夾角相等；在圓形磁場區域內，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，它的一側有勻強磁場，磁場方向垂直于紙面向里，磁感應強度大小為B。一帶電粒子從平板上狹縫O處以垂直于平板的初速v射入磁場區域，最后到達平板上的P點。已知B、v以及P到O的距離l，不計重力，求此粒子的電荷e與質量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動，設其半徑為R，由洛倫茲力公式和牛頓第二定律，有Bqv=mv2/R，因粒子經O點時的速度垂直于OP，故OP是直徑，l＝2R，由此得例2、一個負離子，質量為m，電量為q，以速率v垂直于屏S經小孔O射入有勻強磁場的真空室中，磁感應強度B的方向與離子運動方向垂直，并垂直于紙面向里，如圖所示。如果離子進入磁場后經過時間t到達P點，則直線OP與離子入射方向之間的夾角跟t的關系式如何？

　　解析：做出OP的中垂線與OS的交點即為離子做勻速圓周運動的'圓心：

　　方法一：弧OP對應的圓心角①

　　周期T=②

　　運動時間：t=③

　　解得：④

　　方法二：弧OP對應的圓心角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磁場，磁感應強度為B，方向垂直于Oxy所在的紙面向外。某時刻在x=l0、y=0處，一質子沿y軸的負方向進入磁場；同一時刻，在x=-l0、y=0處，一個粒子進入磁場，速度方向與磁場垂直。不考慮質子與粒子的相互作用。設質子的質量為m，電荷量為e。

　　（1）如果質子經過坐標原點O，它的速度為多大？

　　（2）如果粒子與質子經最短時間在坐標原點相遇，粒子的速度應為何值？方向如何？

　　解析：①質子的運動軌跡如圖示，其圓心在x=處

　　其半徑r1=⑴

　　又r1=⑵

　　⑶

　　②質子從x=l0處至達坐標原點O處的時間為

　　t=⑷

　　又TH=⑸

　　⑹

　　粒子的周期為⑺

　　⑻

　　兩粒子的運動軌跡如圖示

　　由幾何關系得：⑼

　　又⑽

　　解得：

　　與x軸正方向的夾角為。

　　【達標訓練】

　　1.每時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帶電粒子的運動方向，使它們不能到達地面，這對地球上的生命有十分重要的意義。假設有一個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，虛線表示地球自轉軸，上方為地理北極），在地球磁場的作用下，它將（A）

　　A.向東偏轉

　　B.向南偏轉

　　C.向西偏轉

　　D.向北偏轉

　　2.圖為云室中某粒子穿過鉛板P前后的軌跡。室中勻強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.一定帶負電

　　C.不帶電

　　D.可能帶正電，也可能帶負電

　　3.如圖所示，在垂直紙面向里的勻強磁場的邊界上，有兩個質量和電量均相同的正、負離子，從O點以相同的速度射入磁場中，射入方向均與邊界成角。若不計重力，關于正、負離子在磁場中的運動，下列說法正確的是（B）

　　A.運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點距離不相同

　　D.運動的時間相同

　　4.如圖，在x＞0、y＞0的空間中有恒定的勻強磁場，磁感強度的方向垂直于xOy平面向里，大小為B。現有一質量為m電量為q的帶電粒子，在x軸上到原點的距離為x0的P點，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動所經歷的時間

　　D.以上三個判斷都不對

　　5.一個質量為m、帶電量為q的粒子，以速度v垂直射入磁感應強度為B的勻強磁場中，粒子經過一段時間，受到的沖量大小為mv，不計重力，則這段時間可能為（CD）

　　A.2m/(qB)

　　B.m/(qB)

　　C.m/(3qB)

　　D.7m/(3qB)

　　6.質子（）和粒子（）從靜止開始經相同的電勢差加速后垂直進入同一勻強磁場做圓周運動，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°的方向從原點出發，在垂直紙面向里的勻強磁場中運動，磁感應強度B=1T，那么圓運動的半徑為m，經過時間s，第一次經過x軸。（電子質量m=9.1×10-31kg）5.69×10-5,5.95×10-12。

　　8.在圖所示的各圖中，勻強磁場的磁感應強度均為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垂直射入磁感應強度為B，寬度為d的勻強磁場中，穿透磁場時速度方向與電子原來入射方向夾角30°，則電子的質量是。

　　高中物理《洛倫茲力的應用》教學教案2

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

　　教這一節時，首先要明確學習目標：

　　1、知道帶電粒子垂直入射勻強磁場會在磁場中做勻速圓周運動；

　　2、掌握帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的軌道半徑公式和周期公式；

　　3、知道速度選擇器和質譜儀的工作原理和計算方法；

　　4、知道回旋加速器的基本構造及工作原理。

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

　　再次是合作探究，設計如下：

　　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，可以顯示電子的徑跡。

　　展示洛倫茲力演示儀，解釋工作原理。

　　觀察不加磁場時帶電粒子的軌跡，并分析成因。與學生討論帶電粒子在磁場中運動受洛倫茲力，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。帶電粒子運動速度大小不變。引導學生回顧勻速圓周運動的條件，對比帶電粒子運動的情況。勻速圓周運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動軌跡為一個圓。

　　圓周運動由運動周期和軌道半徑描述，從軌道半徑的角度出發，我們寫出洛倫茲力大小表達式，以及帶電粒子做勻速圓周運動所需向心力表達式。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系。然后觀察演示儀驗證猜想。

　　回顧軌道半徑表達式，影響軌道半徑大小的因素包括入射速度，磁場強度，帶電粒子的質量和帶電量。

　　改變入射速度和磁場強度分別會如何改變軌道半徑的大小？

　　最后，介紹質譜儀和回旋加速器的工作原理。

　　質譜儀工作分兩步：帶電粒子從電場中獲得速度；帶電粒子在磁場中運動的過程。測得帶電粒子在磁場中運動的半徑，結合已知電場和磁場強度，即可得粒子荷質比。

　　從粒子的層面，進一步深入到研究原子核內部結構，引出回旋加速器的介紹。可以設計問題引導：

　　1、怎樣給粒子加速；

　　2、怎樣節省空間；

　　3、怎樣確保加速。

　　最后設計了典型例題以供學生練習。

　　對本節課的反思：

　　1、對這節課的教學安排要兩節課，才能完成教學任務。