教学目标
知识目标
1、知道什么是洛仑兹力,知道电荷运动方向与磁场方向平行时,电荷受到的洛仑兹力等于零;电荷运动方向与磁场方向垂直时,电荷受到的洛仑兹力最大,
2、会用左手定则熟练地判定洛仑兹力方向.
能力目标
由通电电流所受安培力推导出带电粒子受磁场作用的洛仑兹力的过程,培养学生的迁移能力.
情感目标
通过本节教学,培养学生科学研究的方法论思想:即“推理——假设——实验验证”.
教学建议
教材分析
本节的重点是洛伦滋力的大小和它的方向,在引导学生由安培力的概念得出洛伦滋力的概念后,让学生深入理解洛伦滋力,学习用左手定则判断洛伦滋力的方向,注意强调:磁场对运动电荷有作用力,磁场对静止电荷却没有作用力.
教法建议
在教学中需要注意教师与学生的互动性,教师先复习导入,通过实验验证洛仑兹力的存在,然后启发指导学生自己推导公式.理解洛仑兹力方向的判定方向,注意与点电荷所受电场大小、方向的区别.具体的建议是:
1、教师通过演示实验法引入,复习提问法导出公式,类比电场办法掌握公式的应用.
2、学生认真观察实验、思考原因,在教师指导下自己推导,类比理解掌握公式.
教学设计方案
磁场对运动电荷作用
一、素质教育目标
(一)知识教学点
1、知道什么是洛仑兹力,知道电荷运动方向与磁场方向平行时,电荷受到的洛仑兹力等于零;电荷运动方向与磁场方向垂直时,电荷受到的洛仑兹力最大,
2、会用左手定则熟练地判定洛仑兹力方向.
(二)能力训练点
由通电电流所受安培力推导出带电粒子受磁场作用的洛仑兹力的过程,培养学生的迁移能力.
(三)德育渗透点
通过本节教学,培养学生进行“推理——假设——实验验证”的科学研究的方法论教育.
(四)美育渗透点
注意营造师生感情平等交流的氛围,用优美的语音感染学生.在平等自由的审美情境中,使师生的感情达到共鸣,从而培养学生的审美情感.
二、学法引导
1、教师通过演示实验法引入,复习提问法导出公式,类比电场办法掌握公式的应用。
2、学生认真观察实验、思考原因,在教师指导下自己推导,类比理解掌握公式。
三、重点·难点·疑点及解决办法
1、重点
洛仑兹力的大小和它的方向。
2、难点
用左手定则判断洛仑兹力的方向。
3、疑点
磁场对运动电荷有作用力,磁场对静止电荷却没有作用力。
4、解决办法
引导和启发学生由安培力的概念得出洛仑兹力的概念,使学生深入理解洛仑兹力的大小和方向。
四、课时安排
1课时
五、教具学具准备
阴极射线发射器,蹄形磁铁。
六、师生互动活动设计
教师先复习导入,通过实验验证洛仑兹力的存在,然后启发指导学生自己推导公式。理解洛仑兹力方向的判定方向,注意与点电荷所受电场大小、方向的区别。
七、教学步骤
(一)明确目标
(略)
(二)整体感知
本节教学讲述力,首先通过演示实验表明磁场对运动电荷有作用力,然后由通电导线受磁场力推导出洛仑兹力的大小和方向,重点掌握洛仑兹力的概念。
(三)重点、难点的学习与目标完成过程
1、理论探索
前面我们学习了磁场对通电导线有力的作用,若导线无电流,安培力为零。由此我们就会想到:磁场对通电导线的安培力可能是作用在大量运动电荷上的力的宏观表现,也就是说磁场对运动电荷可能有力的作用。
2、实验验证
从演示实验中可以观察到:阴极射线(电子流)在磁场中发生偏转,即实验证明了磁场对运动电荷有力的作用,这一力称为洛仑兹力.
3、洛仑兹力的方向
根据左手定则确定安培力方向的办法,迁移到用左手定则判定洛仑兹力的方向,特别要注意四指应指向正电荷的运动方向;若为负电荷,则四指指向运动的反方向,带电粒子在磁场中运动过程中,洛仑兹力方向始终与运动方向垂直.请同学们思考,洛仑兹力会改变带电粒子速度大小吗?讨论:洛仑兹力对带电粒子是否做功?
4、洛仑兹力的大小
根据通电导线所受安培力的大小,结合导体中电流的微观表达式,让学生推导出:当带电粒子垂直于磁场的方向上运动时所受洛仑兹力大小,当带电粒子平行磁场方向运动时,不受洛仑兹力.带电粒子在磁场中运动所受的洛仑兹力的大小和方向都与其运动状态有关.
运动电荷在磁场中受洛仑兹力作用,运动状态会发生变化,其运动方向会发生偏转.高能的宇宙射线的大部分不能射到地球上,就是地磁场对射线中的带电粒子的洛仑兹力改变了其运动方向,对地球上的生物起着保护作用.
(四)思维、扩展
本节课我们学习了洛仑兹力的概念.我们知道带电粒子平行磁场运动或静止时,都不受磁场力的作用,带电粒子垂直磁场运动时,所受洛仑兹力的大小,方向和磁场方向、运动方向互相街.可用左手定则判断(举例练习用左手定则判断洛仑兹力的方向.)
如果粒子运动方向不与磁场方向垂直时,同学们可根据今天所学内容推导出它受的洛仑兹力大小和方向吗?
八、布置作业
1、P152(1)(2)(3)
九、板书设计
四、
一、力——洛仑兹力
二、洛仑兹力的方向——左手定则
三、洛仑兹力的大小
1、若∥或
2、若⊥,
四、洛仑兹力的特点
1、洛仑兹力对运动电荷不做功,不会改变电荷运动的速率。
2、洛仑兹力的大小和方向都与带电粒子运动状态有关.
教学目标
知识目标
1、知道什么是洛仑兹力,知道电荷运动方向与磁场方向平行时,电荷受到的洛仑兹力等于零;电荷运动方向与磁场方向垂直时,电荷受到的洛仑兹力最大,
2、会用左手定则熟练地判定洛仑兹力方向.
能力目标
由通电电流所受安培力推导出带电粒子受磁场作用的洛仑兹力的过程,培养学生的迁移能力.
情感目标
通过本节教学,培养学生科学研究的方法论思想:即“推理——假设——实验验证”.
教学建议
教材分析
本节的重点是洛伦滋力的大小和它的方向,在引导学生由安培力的概念得出洛伦滋力的概念后,让学生深入理解洛伦滋力,学习用左手定则判断洛伦滋力的方向,注意强调:磁场对运动电荷有作用力,磁场对静止电荷却没有作用力.
教法建议
在教学中需要注意教师与学生的互动性,教师先复习导入,通过实验验证洛仑兹力的存在,然后启发指导学生自己推导公式.理解洛仑兹力方向的判定方向,注意与点电荷所受电场大小、方向的区别.具体的建议是:
1、教师通过演示实验法引入,复习提问法导出公式,类比电场办法掌握公式的应用.
2、学生认真观察实验、思考原因,在教师指导下自己推导,类比理解掌握公式.
教学设计方案
磁场对运动电荷作用
一、素质教育目标
(一)知识教学点
1、知道什么是洛仑兹力,知道电荷运动方向与磁场方向平行时,电荷受到的洛仑兹力等于零;电荷运动方向与磁场方向垂直时,电荷受到的洛仑兹力最大,
2、会用左手定则熟练地判定洛仑兹力方向.
(二)能力训练点
由通电电流所受安培力推导出带电粒子受磁场作用的洛仑兹力的过程,培养学生的迁移能力.
(三)德育渗透点
通过本节教学,培养学生进行“推理——假设——实验验证”的科学研究的方法论教育.
(四)美育渗透点
注意营造师生感情平等交流的氛围,用优美的语音感染学生.在平等自由的审美情境中,使师生的感情达到共鸣,从而培养学生的审美情感.
二、学法引导
1、教师通过演示实验法引入,复习提问法导出公式,类比电场办法掌握公式的应用。
2、学生认真观察实验、思考原因,在教师指导下自己推导,类比理解掌握公式。
三、重点难点疑点及解决办法
1、重点
洛仑兹力的大小和它的方向。
2、难点
用左手定则判断洛仑兹力的方向。
3、疑点
磁场对运动电荷有作用力,磁场对静止电荷却没有作用力。
4、解决办法
引导和启发学生由安培力的概念得出洛仑兹力的概念,使学生深入理解洛仑兹力的大小和方向。
四、课时安排
1课时
五、教具学具准备
阴极射线发射器,蹄形磁铁。
六、师生互动活动设计
教师先复习导入,通过实验验证洛仑兹力的存在,然后启发指导学生自己推导公式。理解洛仑兹力方向的判定方向,注意与点电荷所受电场大小、方向的区别。
七、教学步骤
(一)明确目标
(略)
(二)整体感知
本节教学讲述磁场对运动电荷的作用力,首先通过演示实验表明磁场对运动电荷有作用力,然后由通电导线受磁场力推导出洛仑兹力的大小和方向,重点掌握洛仑兹力的概念。
(三)重点、难点的学习与目标完成过程
1、理论探索
前面我们学习了磁场对通电导线有力的作用,若导线无电流,安培力为零。由此我们就会想到:磁场对通电导线的安培力可能是作用在大量运动电荷上的力的宏观表现,也就是说磁场对运动电荷可能有力的作用。
2、实验验证
从演示实验中可以观察到:阴极射线(电子流)在磁场中发生偏转,即实验证明了磁场对运动电荷有力的作用,这一力称为洛仑兹力.
3、洛仑兹力的方向
根据左手定则确定安培力方向的办法,迁移到用左手定则判定洛仑兹力的方向,特别要注意四指应指向正电荷的运动方向;若为负电荷,则四指指向运动的反方向,带电粒子在磁场中运动过程中,洛仑兹力方向始终与运动方向垂直.请同学们思考,洛仑兹力会改变带电粒子速度大小吗?讨论:洛仑兹力对带电粒子是否做功?
4、洛仑兹力的大小
根据通电导线所受安培力的大小,结合导体中电流的微观表达式,让学生推导出:当带电粒子垂直于磁场的方向上运动时所受洛仑兹力大小,当带电粒子平行磁场方向运动时,不受洛仑兹力.带电粒子在磁场中运动所受的洛仑兹力的大小和方向都与其运动状态有关.
运动电荷在磁场中受洛仑兹力作用,运动状态会发生变化,其运动方向会发生偏转.高能的宇宙射线的大部分不能射到地球上,就是地磁场对射线中的带电粒子的洛仑兹力改变了其运动方向,对地球上的生物起着保护作用.
(四)思维、扩展
本节课我们学习了洛仑兹力的概念.我们知道带电粒子平行磁场运动或静止时,都不受磁场力的作用,带电粒子垂直磁场运动时,所受洛仑兹力的大小,方向和磁场方向、运动方向互相街.可用左手定则判断(举例练习用左手定则判断洛仑兹力的方向.)
如果粒子运动方向不与磁场方向垂直时,同学们可根据今天所学内容推导出它受的洛仑兹力大小和方向吗?
八、布置作业
1、P152(1)(2)(3)
九、板书设计
四、磁场对运动电荷的作用
一、磁场对运动电荷的作用力——洛仑兹力
二、洛仑兹力的方向——左手定则
三、洛仑兹力的大小
1、若∥或
2、若⊥,
四、洛仑兹力的特点
1、洛仑兹力对运动电荷不做功,不会改变电荷运动的速率。
2、洛仑兹力的大小和方向都与带电粒子运动状态有关.
课时:1课时。
教学要求:
1.知道磁场对电流存在力的作用,知道通电导体在磁场中受力方向与电流方向,以及磁感线方向有关系。改变电流方向,或改变磁感线方向,导体的受力方向随着改变。能说明通电线圈在磁场中转动的道理。
2.知道通电导体和通电线圈在磁场中受力而运动,是消耗了电能,得到了机械能。
3.培养、训练学生观察能力和从实验事实中,归纳、概括物理概念与规律的能力。
教学过程
一、引人新课
首先做直流电动机通电转动的演示实验,接着提出问题:
电动机为什么会转动?
要回答这个问题,还得请同学们回忆一下奥斯特实验的发现——电流周围存在着磁场,并通过磁场对磁体发生作用,即电流对磁体有力的作用,再让我们逆向思索,磁体对电流有无力的作用呢?即磁体通过其磁场对电流有无力的作用呢?
现在就让我们共同沿着这一逆向思索所形成的猜想,设计实验,进行探索性的研究。
板书:四、研究磁场对电流的作用
二、演示实验
板书:1.实验研究:
1.介绍实验装置的同时说明为什么选择这些实验器材,渗透实验的设计思想。
2.用小黑板或幻灯出示观察演示实验的记录表格,如下:
3.按照实验过程,把课本1、2两个实验,用边演示,边指导观察,边提出问题的方式,连续完成。要求学生完成观察演示实验的记录和思考回答表中的问题:
“通电铜棒在磁场中,运动的原因是什么?”
这样做,一是引导学生发现磁场对电流也存在力的作用,二是进一步巩固、深化力的概念。
4.对学生通过观察,归纳概括出的结果,要做小结:(板书小结如下)
通电导体在磁场中受到力的作用,力的方向与电流方向、磁感线方向是相互垂直的.不论是改变电流方向,还是改变磁场方向,都会改变力的方向
三、应用
板书:2.实验结论的应用:
1.出示线圈在磁场中的演示实验装置,并提出问题让学生思考:
应用上面实验研究的结论,分析判断通电的线圈在磁场中会发生什么现象?
2.出示方框线圈在磁场中的直观模型,并用小黑板或幻灯片把模型的平面图展示出来,以助学生思考。
3.在学生作出判断的基础上,演示通电线圈在磁场中所发生的现象,来证验学生的分析,判断是否正确。(关于这个实验装置见前面的“实验”)
4。在实验验证的基础上过渡到教材中的“想想议议”上来,无论学生解释得完整,或者不完整都没有关系,可以留下来课后讨论,为下一节课继续分析埋下伏笔.
四、讨论
板书:问题讨论
怎样旧能的转比与守恒的观点,来说明通电导体和通电线圈在磁场中发生运动的现象?启发讨论的子问题:l.通电导体和通电线圈发生运动时,消耗了什么能?得到了什么能?2.你所说的消耗的能和你所说的得到的能守恒吗?为什么?
五、小结
板书:课堂小结
学生小结,或师生共同小结,本节课学到了什么?
板书设计
四、研究磁场对电流的作用
1.实验研究2.实验结论的应用3.问题讨论
结论:____________问题:_____________①____________
________________________________②______________
____________想想议议________4.课堂小结
______________________________________________
______________________________________________
第四节
(一)教学目的
1.知道磁场对通电导体有作用力。
2.知道通电导体在磁场中受力的方向与电流方向和磁感线方向有关,改变电流方向或改变磁感线方向,导体的受力方向随着改变。
3.知道通电线圈在磁场中转动的道理。
4.知道通电导体和通电线圈在磁场中受力而运动,是消耗了电能,得到了机械能。
5.培养学生观察能力和推理、归纳、概括物理知识的能力。
(二)教具
小型直流电动机一台,学生用电源一台,大蹄形磁铁一块,干电池一节,用铝箔自制的圆筒一根(粗细、长短与铅笔差不多),两根铝箔条(用透明胶与铝箔筒的两端相连接),支架(吊铝箔筒用),如课本图12-10的挂图,线圈(参见图12-2),抄有题目的小黑板一块(也可用投影片代替)。
(三)教学过程
1.引入新课
--电动机。
--电流周围存在磁场,电流通过它产生的磁场对磁体施加作用力(如电流通过它的磁场使周围小磁针受力而转动)。根据物体间力的作用是相互的,电流对磁体施加力时,磁体也应该对电流有力的作用。下面我们通过实验来研究这个推断。
2.进行新课
(1)通电导体在磁场里受到力的作用
(参见课本中的图12-9)。用铝箔筒作通电导体是因为铝箔筒轻,受力后容易运动,以便我们观察。
1:用一节干电池给铝箔筒通电(瞬时短路),让学生观察铝箔筒的运动情况,并回答小黑板上的题1:给静止在磁场中的铝箔筒通电时,铝箔筒会_____,这说明_____。
1.通电导体在磁场中受到力的作用。〉
(2)通电导体在磁场里受力的方向,跟电流方向和磁感线方向有关
2:先使电流方向相反,再使磁感线方向相反,让学生观察铝箔筒运动后回答小黑板上的题2:保持磁感线方向不变,交换电池两极以改变铝箔筒中电流方向,铝箔筒运动方向会______,这说明______。保持铝箔筒中电流方向不变,交换磁极以改变磁感线方向,铝箔筒运动方向会______,这说明______。
2的结论并板书:〈2.通电导体在磁场里受力的方向,跟电流方向和磁感线方向有关。〉
(3)磁场对通电线圈的作用
(磁极用两堆书代替),并出示如课本上图12-10的挂图(此时,图中还没有标出受力方向)。
ab边和cd边都在磁场中,都要受力,因为电流方向相反,所以受力方向也肯定相反。提问:你们想想看,线圈会怎样运动呢?
3:将电动机上的电刷、换向器拆下(实质是线圈)后通过,让学生观察线圈的运动情况。
ab和cd边的受力方向。
3.通电线圈在磁场中受力转动,到平衡位置时静止。〉
(4)讨论
①教材中的"想想议议"。
②小黑板上的题3:通电导体在磁场中受力而运动是消耗了______能,得到了______能。
3.小结:板书的四条结论。
4.作业(思考题):电动机就是根据通电线圈在磁场中受力而转动的道理工作的。但实际制成电动机时,还有些问题需要我们解决,比如:通电线圈不能连续转动,而实际电动机要能连续转动,这个问题同学们先思考,下节我们研究。
(四)说明
1.受力方向与电流方向和磁感线方向垂直,这一点不能从实验直接得到(因为运动方向并不一定是受力方向),且与后面学习联系不大,本教案没讲这一点。
2.教案最后的思考题是为下节学习作准备。
课时:1课时。
教学要求:
1.知道磁场对电流存在力的作用,知道通电导体在磁场中受力方向与电流方向,以及磁感线方向有关系。改变电流方向,或改变磁感线方向,导体的受力方向随着改变。能说明通电线圈在磁场中转动的道理。
2.知道通电导体和通电线圈在磁场中受力而运动,是消耗了电能,得到了机械能。
3.培养、训练学生观察能力和从实验事实中,归纳、概括物理概念与规律的能力。
教学过程
一、引人新课
首先做直流电动机通电转动的演示实验,接着提出问题:
电动机为什么会转动?
要回答这个问题,还得请同学们回忆一下奥斯特实验的发现——电流周围存在着磁场,并通过磁场对磁体发生作用,即电流对磁体有力的作用,再让我们逆向思索,磁体对电流有无力的作用呢?即磁体通过其磁场对电流有无力的作用呢?
现在就让我们共同沿着这一逆向思索所形成的猜想,设计实验,进行探索性的研究。
板书:四、研究磁场对电流的作用
二、演示实验
板书:1.实验研究:
1.介绍实验装置的同时说明为什么选择这些实验器材,渗透实验的设计思想。
2.用小黑板或幻灯出示观察演示实验的记录表格,如下:
3.按照实验过程,把课本1、2两个实验,用边演示,边指导观察,边提出问题的方式,连续完成。要求学生完成观察演示实验的记录和思考回答表中的问题:
“通电铜棒在磁场中,运动的原因是什么?”
这样做,一是引导学生发现磁场对电流也存在力的作用,二是进一步巩固、深化力的概念。
4.对学生通过观察,归纳概括出的结果,要做小结:(板书小结如下)
通电导体在磁场中受到力的作用,力的方向与电流方向、磁感线方向是相互垂直的.不论是改变电流方向,还是改变磁场方向,都会改变力的方向
三、应用
板书:2.实验结论的应用:
1.出示线圈在磁场中的演示实验装置,并提出问题让学生思考:
应用上面实验研究的结论,分析判断通电的线圈在磁场中会发生什么现象?
2.出示方框线圈在磁场中的直观模型,并用小黑板或幻灯片把模型的平面图展示出来,以助学生思考。
3.在学生作出判断的基础上,演示通电线圈在磁场中所发生的现象,来证验学生的分析,判断是否正确。(关于这个实验装置见前面的“实验”)
4。在实验验证的基础上过渡到教材中的“想想议议”上来,无论学生解释得完整,或者不完整都没有关系,可以留下来课后讨论,为下一节课继续分析埋下伏笔.
四、讨论
板书:问题讨论
怎样旧能的转比与守恒的观点,来说明通电导体和通电线圈在磁场中发生运动的现象?启发讨论的子问题:l.通电导体和通电线圈发生运动时,消耗了什么能?得到了什么能?2.你所说的消耗的能和你所说的得到的能守恒吗?为什么?
五、小结
板书:课堂小结
学生小结,或师生共同小结,本节课学到了什么?
板书设计
四、研究磁场对电流的作用
1.实验研究2.实验结论的应用3.问题讨论
结论:____________问题:_____________①____________
________________________________②______________
____________想想议议________4.课堂小结
______________________________________________
______________________________________________
教学目标
知识目标
1、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度方向垂直时,做匀速圆周运动.
2、会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式,并会用它们解答有关问题.
3、知道质谱仪的工作原理.
能力目标
通过推理、判断带电粒子在磁场中的运动性质的过程,培养学生严密的逻辑推理能力.
情感目标
通过学习质谱仪的工作原理,让学生认识先进科技的发展,有助于培养学生对物理的学习兴趣.
教学建议
教材分析
本节重点是研究带电粒子垂直射入匀强磁场中的运动规律:半径以及周期,通过复习相关力学知识,利用力于运动的关系突破这一重点,需要注意的是:
1、确定垂直射入匀强电场中的带电粒子是匀速圆周运动;
2、带电粒子的重力通常不考虑。
教法建议
由于我们研究的是带电粒子在磁场中的运动情况,研究的是磁场力与运动的关系,因此教学开始,需要学生回忆相关的力学知识,为了引导学生分析推导粒子做匀速圆周运动的原因、规律,教师可以通过实验演示引入,让学生认真观察实验现象,结合运动和力的关系分析原因,总结规律,积极思考、讨论例题,对规律加深理解、提高应用能力.最后通过例题讲解,加深知识的理解.
教学设计方案
带电粒子在磁场中的运动质谱仪
一、素质教育目标
(一)知识教学点
1、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度方向垂直时,做匀速圆周运动.
2、会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式,并会用它们解答有关问题.
3、知道质谱仪的工作原理.
(二)能力训练点
通过推理、判断带电粒子在磁场中的运动性质的过程,培养学生严密的逻辑推理能力.
(三)德育渗透点
通过学习质谱仪的工作原理,理解高科技的巨大力量.
(四)美育渗透点
用电子射线管产生的电子做圆周运动的精美图像感染学生,提高学生对物理学图像形式美的审美感受力.
二、学法引导
1、教师通过演示实验法引入,复习提问法引导学生分析推导粒子做匀速圆周运动的原因、规律.通过例题讲解,加深理解.
2、学生认真观察实验现象,结合运动和力的关系分析原因,总结规律,积极思考、讨论例题,对规律加深理解、提高应用能力.
三、重点难点疑点及解决办法
1、重点
带电粒子垂直射入匀强磁场中的运动半径和运动周期.
2、难点
确定垂直射入匀强磁场中的带电粒子运动是匀速圆周运动.
3、疑点
带电粒子的重力通常为什么不考虑?
4、解决办法
复习力学知识、引导同学利用力与运动的关系分析,讨论带电粒子在磁场中的运动情况。
四、课时安排
1课时
五、教具学具准备
演示用特制的电子射线管。
六、师生互动活动设计
教师先通过演示实验引入,再启发引导学生用力学知识分析原因,推导规律,通过例题讲解,学生思考和讨论进一步加深对知识的理解,提高学生运用知识解决实际问题的能力。
七、教学步骤
(一)明确目标
(略)
(二)整体感知
本节教学首先通过演示实验告诉学生,当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时,粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动这一结论,然后试着用力与运动的关系分析粒子为什么做匀速圆周运动,再由学生推导带电粒子在磁场中的运动半径和周期,根据力学知识,重点是理解运动半径与磁感应强度、速度的关系;运动周期与粒子速率和运动半径无关.
(三)重点、难点的学习与目标完成过程
1、引入新课
上一节我们学习了洛仑兹力的概念,我们知道带电粒子垂直磁场方向运动时,会受到大小,方向始终与速度方向垂直的洛仑兹力作用,今天我们来研究一下,受洛仑兹力作用的带电粒子是如何运动的?
2、粒子为什么做匀速圆周的运动?
首先通过演示实验观察到,当带电粒子的初速度方向与匀强磁场方向垂直时,粒子的运动轨道是圆.
在力学中我们学习过,物体作匀速圆周运动的条件是物体所受的合外力大小不变,方向始终与速度方向垂直.当带电粒子垂直于匀强磁场方向运动时,通常它的重力可以忽略不计(请同学们讨论),可看作只受洛仑兹力作用,洛仑兹力方向和速度方向在同一个平面内,由于洛仑兹力方向总与速度方向垂直,因而它对带电粒子不做功,根据动能定理可知运动粒子的速度大小不变,再由可知,粒子在运动过程中所受洛仑兹力的大小即合外力的大小不变,根据物体作匀速圆周运动的条件得出带电粒子垂直匀强磁场运动时,作匀速圆周运动.
3、粒子运动的轨道半径和周期公式
带电粒子垂直于匀强磁场方向运动时做匀速圆周运动,其向心力等于洛仑兹力,请同学们根据牛顿第二定律,推导带电粒子的运动半径和周期公式.
经过推导得出粒子运动半径,运动周期。
运用学过的力学知识理解,当粒子运动速度较大时,粒子要离心运动,其运动半径增大,所以速度大,半径也大;当磁场较强时,运动电荷受洛仑兹力增大,粒子要向心运动,其运动半径减小,所以磁感应强度大,半径小.由于带电粒子运动速度大时,其运动半径大,运动轨迹也长,可以理解粒子运动的周期与速度的大小和轨道半径无关.为了加深同学们对半径和周期公式的理解,举下面的例题加以练习.
[例1]同一种带电粒子以不同的速度垂直射入匀强磁场中,其运动轨迹如图所示,则可知
(1)带电粒子进入磁场的速度值有几个?
(2)这些速度的大小关系为.
(3)三束粒子从O点出发分别到达1、2、3点所用时间关系为.
4、质谱仪
首先请同学们阅读课本上例题的分析求解过程,然后组织学生讨论质谱仪的工作原理.
(四)总结、扩展
本节课我们学习了带电粒子垂直于匀强磁场运动的情况,经过实验演示和理论分析得出粒子做匀速圆周运动.并根据牛顿运动定律得出粒子运动的半径公式和周期公式.最后我们讨论了它的一个具体应用——质谱仪.
但应注意的是如果带电粒子速度方向不是垂直匀强磁场方向时,带电粒子将不再是作匀速圆周运动.
八、布置作业
(1)P156(1)~(6)
九、板书设计
五、带电粒子在磁场中的运动质谱仪
一、运动轨迹
粒子作匀速圆周运动.
二、半径和周期
运动半径:
运动周期:
三、质谱仪
(一)教材人教社九年义务教育初中物理第二册
(二)教学目的
1.知道电阻是表示导体对电流阻碍作用大小的物理量.
2.知道电阻的单位,能进行电阻的不同单位之间的变换.
3.理解电阻的大小决定于导体的材料、长度、横截面积和温度.能根据决定电阻大小的因素,判断、比较不同导体电阻的大小.
(三)教具
1.学生实验:自制电阻定律演示器,一节干电池,一只学生电流表,一个开关,导线若干.
2.演示实验:自制电阻定律演示器,一节干电池,一只演示电流表,一个开关,废日光灯管的灯丝(图1),或固定在胶木板上的用直径0.3毫米以下的铁丝绕成的螺旋状线圈(铁丝线圈),酒精灯一个,小灯泡一只,电源一个,导线若干.
自制电阻定律演示器,是在长木板上固定的四条金属线,其中AB为锰钢(或炭钢)线,CD、EF,GH都是镍铬合金线.导线AB、CD、GH均长1米,导线EF长0.5米,导线AB、CD、EF的横截面积相等,导线GH的横截面积是上述导线横截面积的二倍(参看图2)
(四)教学过程
1.复习
提问:将一只灯泡、一个演示电流表、一节干电池和一个开关连接成电路,并读出电流表的示数.(一位学生到前面来连接电路,其他同学审查连接过程是否正确)
2.引入新课
用电阻定律演示器做演示实验.将导线AB代替灯泡连入上述电路,闭合开关,读出电流表的示数;再将导线CD代替AB,接通电路,读出电流表的示数,两次示数不同.
提出问题:上述两次实验,用的都是一节干电池,也就是说电压相同,那么两条导线中的电流大小为什么不同呢?
3.进行新课
原来,导体能够通过电流,但同时对电流有阻碍作用.以金属导体为例,金属导体中定向移动的电子跟金属正离子频繁碰撞而形成对电流的阻碍作用,在物理学中用“电阻”这个物理量来表示导体对电流阻碍作用的大小.
在相同的电压下,导线AB中通过的电流大,表明AB对电流的阻碍作用小,导线AB的电阻小;导线CD中通过的电流小,表明CD对电流的阻碍作用大,导线CD的电阻大.不同导体,电阻一般不同,电阻是导体本身的一种性质.
(这部分教材是通过演示实验引出电阻的概念,明确怎样用实验的方法比较导体电阻的大小,为讲授决定电阻大小的因素作好准备,并说明电阻是导体本身的性质.)
板书:〈一、电阻用来表示导体对电流阻碍作用的大小,用字母R表示.
二、在国际单位制里,电阻的单位是欧母,简称欧,符号是Ω.〉
提出问题:导体的电阻既然是导体本身的一种性质,你猜一猜它跟哪些因素有关?
你能不能设计一组实验来证明你的猜想是否正确?
(提示:电阻是否跟材料、长度、导线的粗细有关)
在学生提出猜想的基础上加以归纳,用图2所示的装置做下面三组学生实验.
(1)研究导体的电阻跟制作它的材料是否有关.
交代新课开始的实验所用的导线是锰铜线AB和镍铬合金线CD,将电流表示数填入表1内.
表1:研究导体的电阻跟材料的关系
提问:分析实验数据,可以得到什么结论?
(导体的电阻跟导体的材料有关.)
(2)研究导体的电阻跟它的长度是否有关.
用镍铬合金导线CD和EF做实验,将实验测出的电流表示数填入表2内.
表2:研究导体的电阻跟长度的关系
提问:分析实验数据,可以得到什么结论?
(导体的材料、横截面积,都相同时,导体越长,电阻越大.)
(3)研究导体的电阻跟它的横截面积是否有关.
用镍铬合金线CD和GH做实验.将实验测出的电流表的示数填入表3内.
表3:研究导体的电阻跟横截面积的关系
提问:分析实验数据,可以得到什么结论?
(导体的材料、长度都相同时,导体的横截面积越小,电阻越大.)
导体的电阻跟长度、横截面积的关系可以用人在街上行走作比喻,街道越长,街面越窄,行人受到阻碍的机会越多.同理,导体越长、越细,自由电子定向移动受到碰撞的机会就会越多.
导体的电阻还跟什么因素有关?请大家看下面的演示实验(图3).
演示实验:把铁丝线圈(或日光灯管的灯丝)按图3接入电路,用酒精灯缓慢地对灯丝加热观察加热前后,演示电流表的示数有什么变化.
提问:从电流表示数的变化,得到什么结论?
(导体被加热后,它的温度升高,电流表示数变小,表明导体的电阻变大,这说明导体的电阻还跟温度有关,对大多数导体来说,温度越高电阻越大.)
板书:〈三、导体的电阻决定于它的材料、长度、横截面积和温度.〉
导体的电阻由它自身的条件决定,因此,不同的导体,电阻一般不同,所以说,电阻是导体本身的一种性质.
为了表示导体的电阻跟材料的关系,应取相同长度,相同的横截面积的不同材料在相同温度下加以比较,课本上的表列出了一些长1米、横截面积1毫米2、在20℃时的不同材料的导线的电阻值.
提问:从查表,你知道哪些材料的导电性能好?
(银的导电性能最好,因此,在相同长度和横截面积的情况下,它的电阻最小.其次是铜,再次是铝.)
看课本中的小注,介绍电阻率的概念.
练习题:
(1)电阻的国际单位是什么?0.2兆欧=______欧.
(2)为什么说电阻是导体本身的一种性质?
(3)有两条粗细相同、材料相同的导线,一条长20厘米,另一条长1.3米,哪条导线电阻大,为什么?
(4)有两条长短相同、材料相同的导线,一条横截面积0.4厘米2,另一条2毫米2,哪条导线电阻大,为什么?
(5)“铜导线比铁导线的电阻小.”这种说法对吗?应当怎么说?
4.小结(略)
(五)说明
突出阐述了决定电阻大小的因素,进一步引出电阻是导体本身的一种性质,这种编排既有利于学生弄清电阻的概念,理解电阻是导体的一种性质,也有利于教学.
2.课本上的“如果导体两端的电压是1伏,通过的电流是1安,这段导体的电阻就是1欧”,这句话说的是电阻单位“欧姆”的物理意义,这一内容只做简单介绍.
3.有关“决定导体电阻大小的因素”的教学,最好采用实验探索的方法.先由学生猜测,再由学生做实验,分析实验数据得出结论.这样做可使学生学到一些研究物理的方法,也可使学生加深对决定导体电阻大小因素的理解.
4.关于导体的电阻跟它的材料、长度和横截面积的关系,在初中阶段,只要求定性了解,不做定量的研究.但由于导体的电阻跟诸多因素有关,研究电阻跟其中之一因素的关系时,其它因素应保持相同,这要在实验前先交代清楚.
教学目标
知识目标
1、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度方向垂直时,做匀速圆周运动.
2、会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式,并会用它们解答有关问题.
3、知道质谱仪的工作原理.
能力目标
通过推理、判断带电粒子在磁场中的运动性质的过程,培养学生严密的逻辑推理能力.
情感目标
通过学习质谱仪的工作原理,让学生认识先进科技的发展,有助于培养学生对物理的学习兴趣.
教学建议
教材分析
本节重点是研究带电粒子垂直射入匀强磁场中的运动规律:半径以及周期,通过复习相关力学知识,利用力于运动的关系突破这一重点,需要注意的是:
1、确定垂直射入匀强电场中的带电粒子是匀速圆周运动;
2、带电粒子的重力通常不考虑。
教法建议
由于我们研究的是带电粒子在磁场中的运动情况,研究的是磁场力与运动的关系,因此教学开始,需要学生回忆相关的力学知识,为了引导学生分析推导粒子做匀速圆周运动的原因、规律,教师可以通过实验演示引入,让学生认真观察实验现象,结合运动和力的关系分析原因,总结规律,积极思考、讨论例题,对规律加深理解、提高应用能力.最后通过例题讲解,加深知识的理解.
教学设计方案
带电粒子在磁场中的运动质谱仪
一、素质教育目标
(一)知识教学点
1、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度方向垂直时,做匀速圆周运动.
2、会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式,并会用它们解答有关问题.
3、知道质谱仪的工作原理.
(二)能力训练点
通过推理、判断带电粒子在磁场中的运动性质的过程,培养学生严密的逻辑推理能力.
(三)德育渗透点
通过学习质谱仪的工作原理,理解高科技的巨大力量.
(四)美育渗透点
用电子射线管产生的电子做圆周运动的精美图像感染学生,提高学生对物理学图像形式美的审美感受力.
二、学法引导
1、教师通过演示实验法引入,复习提问法引导学生分析推导粒子做匀速圆周运动的原因、规律.通过例题讲解,加深理解.
2、学生认真观察实验现象,结合运动和力的关系分析原因,总结规律,积极思考、讨论例题,对规律加深理解、提高应用能力.
三、重点难点疑点及解决办法
1、重点
带电粒子垂直射入匀强磁场中的运动半径和运动周期.
2、难点
确定垂直射入匀强磁场中的带电粒子运动是匀速圆周运动.
3、疑点
带电粒子的重力通常为什么不考虑?
4、解决办法
复习力学知识、引导同学利用力与运动的关系分析,讨论带电粒子在磁场中的运动情况。
四、课时安排
1课时
五、教具学具准备
演示用特制的电子射线管。
六、师生互动活动设计
教师先通过演示实验引入,再启发引导学生用力学知识分析原因,推导规律,通过例题讲解,学生思考和讨论进一步加深对知识的理解,提高学生运用知识解决实际问题的能力。
七、教学步骤
(一)明确目标
(略)
(二)整体感知
本节教学首先通过演示实验告诉学生,当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时,粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动这一结论,然后试着用力与运动的关系分析粒子为什么做匀速圆周运动,再由学生推导带电粒子在磁场中的运动半径和周期,根据力学知识,重点是理解运动半径与磁感应强度、速度的关系;运动周期与粒子速率和运动半径无关.
(三)重点、难点的学习与目标完成过程
1、引入新课
上一节我们学习了洛仑兹力的概念,我们知道带电粒子垂直磁场方向运动时,会受到大小,方向始终与速度方向垂直的洛仑兹力作用,今天我们来研究一下,受洛仑兹力作用的带电粒子是如何运动的?
2、粒子为什么做匀速圆周的运动?
首先通过演示实验观察到,当带电粒子的初速度方向与匀强磁场方向垂直时,粒子的运动轨道是圆.
在力学中我们学习过,物体作匀速圆周运动的条件是物体所受的合外力大小不变,方向始终与速度方向垂直.当带电粒子垂直于匀强磁场方向运动时,通常它的重力可以忽略不计(请同学们讨论),可看作只受洛仑兹力作用,洛仑兹力方向和速度方向在同一个平面内,由于洛仑兹力方向总与速度方向垂直,因而它对带电粒子不做功,根据动能定理可知运动粒子的速度大小不变,再由可知,粒子在运动过程中所受洛仑兹力的大小即合外力的大小不变,根据物体作匀速圆周运动的条件得出带电粒子垂直匀强磁场运动时,作匀速圆周运动.
3、粒子运动的轨道半径和周期公式
带电粒子垂直于匀强磁场方向运动时做匀速圆周运动,其向心力等于洛仑兹力,请同学们根据牛顿第二定律,推导带电粒子的运动半径和周期公式.
经过推导得出粒子运动半径,运动周期。
运用学过的力学知识理解,当粒子运动速度较大时,粒子要离心运动,其运动半径增大,所以速度大,半径也大;当磁场较强时,运动电荷受洛仑兹力增大,粒子要向心运动,其运动半径减小,所以磁感应强度大,半径小.由于带电粒子运动速度大时,其运动半径大,运动轨迹也长,可以理解粒子运动的周期与速度的大小和轨道半径无关.为了加深同学们对半径和周期公式的理解,举下面的例题加以练习.
[例1]同一种带电粒子以不同的速度垂直射入匀强磁场中,其运动轨迹如图所示,则可知
(1)带电粒子进入磁场的速度值有几个?
(2)这些速度的大小关系为.
(3)三束粒子从O点出发分别到达1、2、3点所用时间关系为.
4、质谱仪
首先请同学们阅读课本上例题的分析求解过程,然后组织学生讨论质谱仪的工作原理.
(四)总结、扩展
本节课我们学习了带电粒子垂直于匀强磁场运动的情况,经过实验演示和理论分析得出粒子做匀速圆周运动.并根据牛顿运动定律得出粒子运动的半径公式和周期公式.最后我们讨论了它的一个具体应用——质谱仪.
但应注意的是如果带电粒子速度方向不是垂直匀强磁场方向时,带电粒子将不再是作匀速圆周运动.
八、布置作业
(1)P156(1)~(6)
九、板书设计
五、带电粒子在磁场中的运动质谱仪
一、运动轨迹
粒子作匀速圆周运动.
二、半径和周期
运动半径:
运动周期:
三、质谱仪
教学目标
一、知识目标
1、知道什么叫共点力作用下的平衡状态.
2、掌握共点力的平衡条件.
3、会用共点力的平衡条件解决有关平衡问题.
二、能力目标
1、培养学生应用力的矢量合成法则平行四边形定则进行力的合成、力的分解的能力.
2、培养学生全面分析问题的能力和推理能力.
三、情感目标
1、教会学生用辨证观点看问题,体会团结协助.
教学建议
教材分析
1、通过实际(生产生活中)的例子来说明怎样的状态是平衡状态,使学生全面理解平衡状态——静止或匀速直线运动.
2、条件在实际中的应用,是本节课教学的重点.对于不同类型的平衡问题,如何依据平衡条件建立方程,对于学生来说是学习中的难点.(平衡系统中取一个物体为研究对象,即隔离体法处理;取二以上物体为研究对象,即整体法处理.建立方程时可利用矢量三角形法或多边形法的合成和正交分解法来处理.)
教法建议
1、本节例题的教学重在引导学生学习分析方法.由于学生已经掌握了动力学问题的一般分析方法,教学时可先回顾动力学问题的分析方法,然后引导学生迁移到静力学问题中去.
2、本节例题代表了两种典型的静力学问题.建议教学中引导学生做出小结.
教学设计方案
第一节
一、平衡状态
如果物体保持静止或者做匀速直线运动,则这个物体处于平衡状态.由此可见,平衡状态分两种情况:一种是静态平衡状态,此时,物体运动的速度,物体的加速度;另一种是动态平衡,此时,物体运动的速度,物体的加速度.
注意:
1、物体的瞬时速度为零时,物体不一定处于平衡状态.例如,将物体竖直上抛,物体上升到最高点时,其瞬时速度,但物体并不能保持静止状态,物体在重力作用下将向下运动,由牛顿第二定律可得,物体此时的加速度,只有当物体能保持静止状态即其加速度也为零,物体才是处于静平衡状态.
2、物理中的缓慢移动可认为物体的移动速度很小,即要多小有多小,故可认为其移动速度趋于零,因此,习题中出现“缓慢移动”都可理解为物体处于动态平衡状态.
二、共点力
如果几个力的作用点相同,或作用线(或反向延长线)交于一点,这几个力就叫做共点力.
三、共点力的平衡条件
从牛顿第二定律知道,当物体所受合力为零时,加速度为零,物体将保持静止或者做匀速直线运动,即物体处于平衡状态,因此,在条件是合力为零,即.
解题的基本思路和方法:
解物体的平衡问题的程序是:确定平衡体,作出受力图,正交分解好,定向列方程.
第一步确定研究对象,根据题意将处于平衡状态的物体或结点作为研究对象,通常用隔离体法将确定的研究对象从它所处的环境中隔离出来.但有时要将研究对象连同它的关联物一起作为研究系统(整体法),反而运算方便,请注意研究下文将要给出的例题.
第二步进行受力分析,作出研究对象的受力图.这一步是解题成败之关键,务必细致周到,不多不漏.(判断分析的力是不是正确,可用假定拆除法和条件法来处理)
第三步建立坐标系或规定正方向.如何建立合适的坐标系,要看问题的已知量、未知量而定.原则是要使力与坐标轴的夹角简单而明确,这样可使方程明快.坐标设置不当,会引起需要使用三角中的和差化积、半角倍角公式等运算工具,使计算大为繁冗.一般选未知量的方向为坐标系的正方向为宜,建立坐标系后,把不在坐标轴上的力用正交分解法分解到坐标轴上,并画出其分力的准确图示备用.
第四步根据物体平衡的充要条件列出平衡方程组,运算求解.对结论进行评估.必要时对结论进行讨论.
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