第六章 第3節(jié) 洛倫茲力的應(yīng)用 一.     教學(xué)目標(biāo)1. 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)強度的方向垂直時，粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動。3) 會推導(dǎo)帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動中的半徑、周期公式，并會用它們解答有關(guān)問題。2. 過程與方法：1) 通過圖片的信息提出問題，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)力學(xué)知識推測：運動電荷垂直射入磁場后，可能做圓周運動。2) 進一步通過實驗探究，確認粒子的運動軌跡是圓形。3) 通過學(xué)生的分析推導(dǎo)，總結(jié)歸納出運動電荷做圓周運動的半徑、周期。3.  情感態(tài)度與價值觀： 通過講述帶電粒子在科技、生產(chǎn)與生活中的典型應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)、致力于科學(xué)研究的價值觀。二.     教學(xué)重點：1) 洛倫茲力是帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的向心力來源。2) 帶電粒子做勻速圓周運動的半徑和周期的推導(dǎo)。3) 解決磁場中圓周運動問題的一般方法：著重把握“一找圓心，二找半徑三找周期或時間的規(guī)律。三.     教學(xué)難點：正確理解和掌握帶電粒子在勻強磁場中運動問題的分析方法。四.     教學(xué)用具：環(huán)形線圈、投影儀、投影片五.     課型：新課六.     教學(xué)過程1、復(fù)習(xí)引入：如圖所示：師：導(dǎo)入圖片一極光。圖片二：磁流體船。分析：這些現(xiàn)象的原因?qū)嶋H上跟帶電粒子在磁場中的運動有關(guān)。當(dāng)電荷在磁場中運動時，有什么規(guī)律？這就是我們這節(jié)課要探究的內(nèi)容。物理上公式的推導(dǎo)，定律的得出一般都是從最簡單入手。為簡單起見，我們研究的是帶電粒子在勻強磁場中的運動，且只受洛倫茲力作用。探究一：帶電粒子以一定的初速度v進入勻強磁場，在只受洛倫茲力的條件下，有幾種情況？（分組討論）1）、若帶電粒子的速度方向與磁場方向平行（相同或相反），粒子做什么運動？生：帶電粒子以入射速度做勻速直線運動。2）、若帶電粒子垂直磁場方向進入磁場，猜想軌跡。帶電粒子垂直進入勻強磁場，其初速度v與磁場垂直，根據(jù)左手定則，其受洛倫茲力的方向也跟磁場方向垂直，并與初速度方向都在同一垂直磁場的平面內(nèi)，所以粒子只能在該平面內(nèi)運動。說明：垂直射入勻強磁場的帶電粒子，它的初速度和所受洛倫茲力的方向都在跟磁場方向垂直的平面內(nèi)，沒有任何作用使粒子離開這個平面，所以粒子只能在這個平面運動。該運動電荷所受的洛倫茲力不僅與磁感應(yīng)強度方向垂直，而且與速度方向垂直。表明，洛倫茲力不對粒子做功，它不改變粒子的速率，只改變粒子的運動方向。由此可以推測運動電荷垂直射入磁場后，做圓周運動。（3）、帶電粒子速度方向既不平行也不垂直磁場方向，粒子做什么運動生：螺旋線運動。如何處理這種運動？生：運動的分解方法。平行磁場方向（做勻速直線運動），垂直磁場方向（做勻速圓周運動）。2、實驗（驗證）觀察帶電粒子在磁場中的運動洛倫茲力演示儀。先介紹洛倫茲力演示儀。然后探究軌跡及半徑、周期。運動軌跡的描繪可知：運動電荷垂直射入磁場后，該運動電荷做在垂直磁場的平面內(nèi)做圓周運動。問：向心力由什么力提供？生：洛倫茲力。說明：1）、洛倫茲力總是跟帶電粒子的運動方向垂直，它只改變粒子運動的方向，不改變粒子速度的大小，所以粒子在磁場中運動的速率是恒定的，這時洛倫茲力的大小也是恒定的。運動電荷垂直射入磁場后，該運動電荷做勻速圓周運動。2）、洛倫茲力對運動粒子起著向心力的作用，因此粒子的運動一定是勻速圓周運動，洛倫茲力對粒子不做功。問：帶電粒子做圓周運動的半徑與哪些因素有關(guān)？生：A：初速度B：磁感應(yīng)強度B實驗驗證：控制變量法。通過改變電場兩極板的電壓來改變V0的大小。通過改變勵磁電流的大小來改變磁場B的大小。（設(shè)問思考方案驗證）得出結(jié)論：粒子半徑與V0及B有關(guān)。3、帶電粒子在磁場中的運動規(guī)律一帶電粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q，速率為v，它在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中做勻速圓周運動的軌道半徑r有多大呢？問：1）、解：粒子做勻速圓周運動所需要的向心力是由粒子所受的洛倫茲力提供的， 所以，進而由學(xué)生自己推出強調(diào)：在勻強磁場中做勻速圓周運動的帶電粒子，它的軌道半徑跟粒子的運動速率成正比，跟磁感應(yīng)強度成反比。運動的速率越大，軌道的半徑也越大。磁感應(yīng)強度越大，軌道半徑越小。周期公式：強調(diào)：T的大小與軌道半徑R和運行速率v無關(guān)，而只與磁場的磁感應(yīng)強度B和粒子的荷質(zhì)比有關(guān)。4、帶電粒子做勻速圓周運動的圓心、半徑及運動時間的確定。1）圓心的確定，因為洛倫茲力F指向圓心，根據(jù)，畫出粒子運動軌跡中任意兩點（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。例題：如圖示，一束電子以速度v0垂直界面射入磁感應(yīng)強度為B 、寬度為d 的勻強磁場中，穿過磁場后的速度方向與電子射入磁場時的速度方向夾角為30°，則電子的質(zhì)量為多大？穿過磁場所需要的時間是多少？法二：或射入磁場和射出磁場的兩點間弧的垂直平分線與一半徑的交點即為圓心。2） 半徑的確定和計算，半徑的計算一般是利用幾何知識，常用解三角形的方法。3） 在磁場中運動時間的確定，利用圓心角與弦切角的關(guān)系，或者是四邊形內(nèi)角和等于計算出圓心角的大小，由公式可求出運動時間。4） 幾個有關(guān)的角及其關(guān)系：如圖所示，粒子做圓周運動時，為粒子速度的偏向角，粒子與圓心的連線轉(zhuǎn)過的角度為回旋角（圓心角），AB弦與切線的BAv夾角為弦切角，它們o的關(guān)系為：，與v相鄰的弦切角互補。5、小結(jié)：一、在只受洛倫茲力作用下1、若帶電粒子的速度方向與磁場方向平行（相同或相反），帶電粒子以入射速度做勻速直線運動。2、若帶電粒子的速度方向與磁場方向垂直，帶電粒子在垂直與磁感線的平面內(nèi)，以入射速率做勻速圓周運動。3、若帶電粒子速度方向既不平行也不垂直磁場方向，帶電粒子做螺旋線運動。二、軌道半徑、周期公式：向心力公式：軌道半徑公式：周期公式：三、帶電粒子做勻速圓周運動的圓心、半徑及運動時間的確定方法。 板書設(shè)計一、 在只受洛倫茲力作用下帶電粒子在勻強磁場中運動情況。二、 帶電粒子在勻強磁場做勻速圓周運動的軌道半徑、周期公式推導(dǎo)。三、 帶電粒子做勻速圓周運動的圓心、半徑及運動時間的確定方法。說課：一.     教學(xué)目標(biāo)1. 知識與技能：4) 理解洛倫茲力對粒子不做功。5) 理解帶電粒子的初速度方向與磁感應(yīng)強度的方向垂直時，粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動。6) 會推導(dǎo)帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動中的半徑、周期公式，并會用它們解答有關(guān)問題。3. 過程與方法：1) 通過圖片的信息提出問題，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)力學(xué)知識推測：運動電荷垂直射入磁場后，可能做圓周運動。2) 進一步通過實驗探究，確認粒子的運動軌跡是圓形。3) 通過學(xué)生的分析推導(dǎo)，總結(jié)歸納出運動電荷做圓周運動的半徑、周期。3.  情感態(tài)度與價值觀： 通過講述帶電粒子在科技、生產(chǎn)與生活中的典型應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)、致力于科學(xué)研究的價值觀。二. 教學(xué)重點：1) 洛倫茲力是帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的向心力來源。2) 帶電粒子做勻速圓周運動的半徑和周期的推導(dǎo)。3) 解決磁場中圓周運動問題的一般方法：著重把握“一找圓心，二找半徑，三找周期或時間”的規(guī)律。三.     教學(xué)難點：正確理解和掌握帶電粒子在勻強磁場中運動問題的分析方法。四、教學(xué)方法：自主探究。學(xué)生已經(jīng)掌握的內(nèi)容：1) 洛倫茲力的大小、方向的判斷，以及洛倫茲力對帶電粒子不做功。2) 勻速圓周運動的半徑、周期、向心力公式及特點。本節(jié)課要完成的內(nèi)容：1) 洛倫茲力是帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的向心力來源。2) 帶電粒子做勻速圓周運動的半徑和周期的推導(dǎo)。3) 解決磁場中圓周運動問題的一般方法：著重把握“一找圓心，二找半徑，三找周期或時間”的規(guī)律。本節(jié)課的地位：為今后處理復(fù)合場埋下伏筆。