高中物理 第三章 磁场 带电粒子在复合场中运动教学设计 新人教版选修3-1 7页

高中物理 第三章 磁场 带电粒子在复合场中运动教学设计 新人教版选修3-1 ‎ ‎　　【教学目标】‎ ‎　　1．知道什么是复合场，以及复合场的特点。‎ ‎　　2．掌握带电粒子在复合场中的运动分析的基本方法和思路。‎ ‎　　3．了解带电粒子在复合场中运动的一些典型应用。‎ ‎　　【教学重点】‎ ‎　　粒子在复合场中的运动分析的基本方法和思路。‎ ‎　　【教学难点】‎ ‎　　粒子在复合场中的运动分析和轨迹的寻找。‎ ‎　　【教学方法】‎ ‎　　探究、讲授、讨论、练习。‎ ‎　　【教学手段】‎ ‎　　多媒体教学。‎ ‎　　【教学用具】‎ ‎　　多媒体教学设备、投影仪。‎ ‎　　【教学过程】‎ ‎　　●复习引入 问题设计：1、 如何判断一个物体做什么样的运动？‎ ‎　　‎ 我们已经知道，质点的运动性质由其初速度以及所受的合外力决定，对带电微粒则有：‎ ‎　　★师生互动归纳……‎ ‎　　1．当带电粒子在复合场中所受的合外力为零时，微粒将静止或做匀速直线运动；‎ ‎　　2．当带电粒子在复合场中所受的合外力充当向心力时，微粒将做匀速圆周运动；‎ ‎　　3．当带电粒子在复合场中所受的合外力不变时，微粒将做匀变速直线运动或做匀变速曲线运动；‎ ‎　　4．当带电微粒所受的合外力的大小、方向均是不断变化的，则微粒将做非匀变速曲线运动。‎ ‎　　●解题思路与方法 ‎　　为了提高分析能力及解题效率，我们一般按以下思路进行分析：‎ ‎　　1．正确进行受力分析，除弹力、重力、摩擦力，要特别注意电场力和磁场力的分析；‎ ‎　　2．正确进行物体的运动状态分析，找出物体的速度、位置及变化，分清运动过程，如果出现临界状态，要分析临界条件；‎ ‎　　3．恰当选用解决力学问题的三大方法：‎ ‎　　A．牛顿运动定律及运动学公式（只适用于匀变速运动）；‎ ‎　　B．用动量观点分析，即由动量定理和动量守恒定律；‎ ‎　　C．用能量观点分析，包括动能定理和机械能（或能量）守恒定律，应注意不论带电体运动状态如何，洛伦兹力永远不做功。←应首选能量观点和动量观点进行分析。‎ ‎　　教师讲解强调：对在复合场中运动的带电体进行正确受力分析──‎ ‎　　1．受力分析的顺序：先场力（包括重力、电场力、磁场力），后弹力，再摩擦力等。‎ ‎　　2．重力、电场力与物体运动速度无关，但洛伦兹力的大小与粒子速度有关，方向还与电荷的性质有关，所以必须充分注意到这一点来正确分析其受力情况，从而正确确定物体的运动情况。‎ ‎　　3．一般情况下，电子、质子、离子等微观粒子在复合场中受的重力远小于电场力、磁场力，因而重力可忽略不计，如果有具体数据，可通过比较确定是否考虑重力，有时还需由题设条件来确定是否计算重力。‎ ‎　　●实例应用 ‎　　[例1]空间存在相互垂直的匀强电场E和匀强磁场B，其方向如图1所示。一质子以初速度v0垂直于电场和磁场射入，则粒子在场中的运动情况可能是（    ）‎ ‎　　A．匀速直线运动 ‎　　B．匀速圆周运动 ‎　　C．匀变速曲线运动 ‎　　D．变加速曲线运动 ‎　　解题要点：分两种初始条件（eE = eBv0和eE ≠ eBv0）作过程讨论…（答案：A、D）‎ ‎　　应用：如果上面的叠加场右边有平行E的直线边界，当所加磁场B1＜时，导致质子越过场区时顺着E的方向发生了d的位移，而且射出时的速率为2v0。而当磁场变为B2＞时，质子越过场区时逆着E的方向发生了的位移，求这时质子射出的速率。‎ ‎　　解题要点：两次应用动能定理，注意洛伦兹力不做功。（答案：）‎ ‎【例题2】如图所示，长均为d的两正对平行金属板MN、PQ水平放置，板间距离为2d，板间有正交的匀强电场和匀强磁场，一带电粒子从MP的中点O垂直于电场和磁场方向以v0射入，恰沿直线从NQ的中点A射出；若撤去电场，则粒子从M点射出（粒子重力不计）。以下说法正确的是 A．该粒子带正电 B．该粒子带正电、负电均可 C．若撤去磁场，则粒子射出时的速度大小为2 v0‎ D．若撤去磁场，则粒子射出时的速度大小为v0‎ 试题分析：若撤去电场，则粒子从M点射出，根据左手定则知粒子应带正电荷，故A正确，B错误；设粒子的质量为m，带电量为q，粒子射入电磁场时的速度为v 0 ，则粒子沿直线通过场区时：Bqv 0 =Eq 撤去电场后，在洛仑兹力的作用下，粒子做圆周运动，由几何知识知r=d/2；洛仑兹力提供向心力：‎ ‎ …①‎ 撤去磁场，粒子做类平抛运动，设粒子的加速庶a，穿越电场所用时间为t，则有：Eq=ma…②‎ y= at 2 …③； d=v 0 t…④‎ 由①②③④联立解得：y=d；设末速度为v，由动能定理知：‎ 解得： ，故C错误，D正确；故选：AD．‎ 拓展：考查速度选择器的单向性。‎ ‎【例题3】质量为m带电量为q的小球套在竖直放置的绝缘杆上，球与杆间的动摩擦因数为μ。匀强电场和匀强磁场的方向如图2所示，电场强度为E，磁感应强度为B。小球由静止释放后沿杆下滑。设杆足够长，电场和磁场也足够大，求运动过程中小球的最大加速度和最大速度。‎ 拓展：如果将电场反向，小球将做何种运动？‎ 试题分析：当电场力等于洛伦兹力时，绝缘杆对小球的支持力等于0，故此时滑动摩擦力等于0，则物体所受的合外力等于物体的重力，此时物体的加速度最大，故物体最大的加速度a=g；‎ 当物体匀速运动时，物体的加速度为0，此时物体的速度最大，且物体所受的滑动摩擦力等于物体所受的重力即：‎ mg=μF N ，而此时qvB-Eq=F N ，即qvB-Eq= mg mg μqB ‎ 解得物体的最大速度v= +‎ 答：在运动过程中小球的最大加速度为g；最大速度为 ‎　●当堂检测：‎ 如图甲所示,在矩形ABCD区域内,对角线BD以上的区域存在平行于AD向下的匀强电场,对角线BD以下的区域存在垂直于纸面的匀强磁场(图中未标出),矩形AD边长为L,AB边长为2L.一个质量为m、电荷量为+q的带电粒子(重力不计)以初速度v0从A点沿AB方向进入电场,在对角线BD的中点P处进入磁场,并从DC边上以垂直于DC边的速度离开磁场(图中未画出),求：‎ ‎(1)电场强度E的大小和带电粒子经过P点时速度v的大小和方向.‎ ‎(2)磁场的磁感应强度B的大小和方向 ‎　　●课堂小结 处理带电粒子在复合场中运动问题的思路：‎ ‎　　处理带电质点在三场中运动的问题，首先应该对质点进行受力分析，依据力和运动的关系确定运动的形式。若质点做匀变速运动，往往既可以用牛顿运动定律和运动学公式求解，也可以用能量关系求解。若质点做非匀变速运动，往往需要用能量关系求解。应用能量关系求解时，要特别注意各力做功的特点以及重力、电场力做功分别与重力势能和电势能变化的关系。‎ ‎　　●作业布置 课后练习