带电粒子在匀强磁场中的运动之回旋加速器 高中物理选修教案教学设计 人教版
高二物理-回旋加速器教案
高二物理－回旋加速器教案一、教学目标：1. 了解回旋加速器的原理和应用。
2. 理解电场、磁场的作用。
3. 掌握离子在回旋加速器中如何加速的过程。
4. 能够计算回旋加速器的磁场强度、电场强度、离子轨道。
二、教学重点：1. 回旋加速器的原理和应用。
2. 电场、磁场的作用。
3. 离子在回旋加速器中的加速过程。
三、教学难点：1. 离子在磁场和电场中的受力情况。
2. 如何确定离子的轨道和速度。
3. 如何设计出符合要求的磁场和电场。
四、教学过程：1. 回旋加速器的工作原理（1）介绍什么是回旋加速器，回旋加速器的工作原理。
（2）通过示意图介绍回旋加速器的结构，包括注入系统、加速器、减速器、探测系统等部分。
2. 离子在磁场和电场中的运动（1）介绍带电粒子在磁场中的受力情况，洛伦兹力的作用。
（2）介绍带电粒子在电场中的受力情况，库仑力的作用。
（3）掌握带电粒子在磁场和电场中的运动轨迹，以及如何计算力和速度。
3. 磁场和电场的设计（1）介绍如何设计符合要求的磁场。
（2）介绍如何设计符合要求的电场。
（3）通过示意图展示磁场和电场的结构和工作原理。
4. 回旋加速器的应用（1）介绍回旋加速器在物理、化学、医学等领域的应用。
（2）通过案例介绍回旋加速器的应用情况，如核物理实验、药物研究、疗法治疗等。
五、教学方法：1. 课堂讲授法。
2. 小组讨论法。
3. 实验法。
4. 视频观看法。
六、教学手段：1. 多媒体课件、视频资料。
2. 教学实验器材。
七、教学评价：1. 课堂练习和考试。
2. 学生提交实验报告和讨论文。
3. 听课笔记和课堂参与度。
人教版高中物理选修《带电粒子在匀强磁场中的运动》word教案
人教版高中物理选修《带电粒子在匀强磁场中的运动》word教案一、教材分析本节课的内容是高考的热点之一，不仅要求学生有专门强的分析力和运动关系的能力，还要求学生有一定的平面几何的知识，在教学中要多给学生摸索的时刻二、教学目标（一）知识与技能1、明白得洛伦兹力对粒子不做功。
2、明白得带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。
3、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，明白它们与哪些因素有关。
4、了解回旋加速器的工作原理。
（二）过程与方法通过带电粒子在匀强磁场中的受力分析，灵活解决有关磁场的问题。
（三）情感、态度与价值观通过本节知识的学习，充分了解科技的庞大威力，体会科技的创新与应用历程。
三、教学重点难点教学重点带电粒子在匀强磁场中的受力分析及运动径迹教学难点带电粒子在匀强磁场中的受力分析及运动径迹四、学情分析本节教材的内容属于洛仑兹力知识的应用，采纳先实验探究，再理论分析与推导的方法。
先实验观看再理论论证比较符合一样学生的认知过程，也可降低学习的难度。
五、教学方法实验观看法、讲述法、分析推理法六、课前预备1、学生的预备：认真预习课本及学案内容2、教师的预备：洛伦兹力演示仪、电源、多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案七、课时安排：1课时八、教学过程（一）预习检查、总结疑问（二）情形引入、展现目标提问：（1）什么是洛伦兹力？（2）带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？（3）带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时会做什么运动呢？（三）合作探究、精讲点播1、带电粒子在匀强磁场中的运动介绍洛伦兹力演示仪。
如图所示。
引导学生推测电子束的运动情形。
（1）不加磁场时，电子束的径迹；（2）加垂直纸面向外的磁场时，电子束的径迹；（3）保持出射电子的速度不变，增大或减小磁感应强度，电子束的径迹；（4）保持磁感应强度不变，增大或减小出射电子的速度，电子束的径迹。
统编人教版物理高中选修第二册《4 质谱仪与回旋加速器》优秀教案教学设计
质谱仪与回旋加速器【教学目标】1．知道质谱仪的构造，会应用带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的规律分析相关问题。
2．知道回旋加速器的构造和加速原理，理解粒子的回旋周期与加速电场的变化周期的关系。
【教学重点】知道质谱仪的构造，会应用带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的规律分析相关问题。
【教学难点】知道回旋加速器的构造和加速原理，理解粒子的回旋周期与加速电场的变化周期的关系。
【教学过程】一、复习导入1．实例：如图所示为一具有圆形边界、半径为r 的匀强磁场，磁感应强度大小为B ，一个初速度大小为v 0的带电粒子（质量为m ，电荷量为q ）沿该磁场的直径方向从P 点射入，在洛伦兹力的作用下从Q 点离开磁场。
（1）可以证明，该粒子离开磁场时速度方向的反向延长线必过圆心。
（2）设粒子离开磁场时的速度方向与进入磁场时相比偏转了θ角，则由图中几何关系可以看出tan θ2＝r/R ＝qBrmv 0 可见，对于一定的带电粒子（m ，q 一定），可以通过调节B 和v 0的大小来控制粒子的偏转角度θ。
2．特点：利用磁场控制带电粒子的运动，只能改变粒子的运动方向而不能改变粒子的速度大小。
二、新课教学（一）质谱仪1．质谱仪的结构原理质谱仪主要用于分析同位素、测定其质量、荷质比和含量比，如图所示为一种常用的质谱仪。
（1）离子发生器：发射出电量q、质量m的粒子，粒子从A中小孔S飘出时速度大小不计；（2）静电加速器C：静电加速器两极板M和N的中心分别开有小孔S1、S2，粒子从S1进入后，经电压为U的电场加速后，从S2孔以速度v飞出；（3）速度选择器D：由正交的匀强电场E0和匀强磁场B0构成，调整E0和B0的大小可以选择度为v0＝E0/B0的粒子通过速度选择器，从S3孔射出；（4）偏转磁场B：粒子从速度选择器小孔S3射出后，从偏转磁场边界挡板上的小孔S4进入，做半径为r的匀速圆周运动；（5）感光片F：粒子在偏转磁场中做半圆运动后，打在感光胶片的P点被记录，可以测得PS4间的距离L。
2019-2020年人教版高中物理选修3《回旋加速器》表格式教学设计
2019-2020年人教版高中物理选修3《回旋加速器》表格式教学设计一、教材分析“回旋加速器”是《磁场》一章中“带电粒子在电磁场中运动规律”的典型应用，这部分知识也是高考中的重点和难点。
而且，回旋加速器作为一种高科技的实验设备，学生往往对其怀有浓厚的学习兴趣，有意识的让学生到当今科学的前沿“圣地”去涉足一番，也将有助于他们开阔视野，培养志趣。
二、教学目标知识与技能：了解回旋加速器的基本结构，理解它的工作原理，并能解决粒子在电磁场中运动的相关问题。
过程与方法：学生通过体验自主设计回旋加速器的过程，提高学生应用物理知识分析、解决实际问题的能力。
情感态度与价值观：在学生自主设计回旋加速器的过程中，体验成功的乐趣，激发学生的思维状态，培养学生的创新意识；并通过介绍我国在高能粒子研究领域的成就，增强学生的民族自豪感、培养学生的爱国热情。
三、教学重难点1、重点：了解回旋加速器的基本结构，理解它的工作原理。
2、难点：利用物理知识逐步探究设计回旋加速器的过程。
四、教学方法新课程标准把探究式学习提到了学习方式的核心地位高度，但如何在教学中实现这种转变是能否落实这一课程理念的重要问题。
本节课教材的编写是平铺直叙的介绍回旋加速器的原理和结构，回旋加速器虽然是一种高科技的实验设备，但其原理和结构并不复杂，学生完全有能力在老师的引导下，自主探究设计出回旋加速器模型。
因此本节课采用问题探究式教学法。
让学生从所学的电磁场知识出发，以探究设计高能粒子加速器为目标，辅之以一系列环环相扣的问题，引导学生在不断的提出问题和解决问题的过程中“设计出”回旋加速器。
这样处理，可以使学生在学习过程中成为学习的主体，从而对回旋加速器的原理和结构的理解将更加深刻，而且理论分析能力和探究能力将同时得以训练和培养；在学生探究过程中，教师以适当的的问题进行点拨和引导，帮助学生突破思维障碍，从而突破教学难点。
本节课的教学过程设计如下：五、教学过程设计。
高中物理《3.15 带电粒子在匀强磁场中的运动》教案 新人教版选修3-1
高中物理《3.15 带电粒子在匀强磁场中的运动》教案 新人教版选修3-1【基本内容】一、带电粒子在磁场中的运动规律（不计粒子重力，以V 0进入匀强磁场B ） 1．V 0∥B 时，做匀速直线运动。
2．V 0⊥B 时，做匀速圆周运动。
（1）基本公式：Rv m qvB 2=（2）轨道半径公式：Bqmv R =（3）周期公式：qBm T π2=（4）运动特征：运动周期仅与电荷(q 、m)和磁场(B)有关，与运动速度无关。
二、带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的研究 研究带电粒子在有界磁场中运动时，画轨迹是首要任务。
而圆心位置的确定是画图中的点睛之笔。
3．圆心的确定：因为洛仑兹力总与速度垂直，指向圆心，所以画出粒子运动轨迹上任意两点（一般是射入和射出磁场的两点）的速度矢量的垂线，两垂线的交点即为圆心。
4．半径的分析：一般是利用几何知识通过解三角形的方法求得。
5．运动时间的研究：利用几何关系（圆心角与弦切角）计算圆心角θ的大小，再由公式T t⋅=θ2（qBmT π2=为运动周期），求出时间。
垂直方向的速度。
四、带电粒子在复合场中的运动规律分析6．复合场：是指点重力场、电场和磁场。
可能是三场共存，也可能是其中的两个场共存。
7．三种场力特点：（1）重力：G=mg 。
方向竖直向下；做功与路径无关，其数值与质量和始末位置有关。
（2）电场力：F=qE 。
方向与场强及电荷的性质有关；电场力做功与路径无关，其数值与电荷时及始末位置的电势差有关。
（3）洛伦兹力：f=qvBsin θ（其中θ是运动的速度v 与磁感应强度B 的夹角）。
洛伦兹力不做功。
8．带电粒子在复合场中的运动规律分析（1）正确分析带电粒子在复合场中的受力及运动情况是解决问题的前提。
（2）灵活选用力学规律是解决问题的关键。
【典例分析】例1．如图所示，一个带电粒子，质量为m ，电量为q ，以某一速度垂直磁场及其边界射人磁感应强度为B ，宽度为L 的矩形匀强磁场区域，带电粒子穿过矩形磁场区域的偏角θ＝30°，试求带电粒子射入磁场时的速度及射出磁场的侧移和在磁场区域的时间． [解析]电子在磁场中运动，只受洛伦兹力作用，故其轨迹是圆周的一部分．因半径与速度方向垂直，故圆心在两速度垂线的交点上，如图所示的O 点，由几何知识，在Rt ΔOCB 中，OB 为半径，所以sin L R θ=，又由mv R qB =，所以有sin L mvqBθ=， 所以粒子进入磁场时的速度 2qBLv m=设侧移AC ＝y ，由几何关系 (1cos )0.27y R L θ=-≈ 又因AB 弧所对的圆心角为30°，所以穿出磁场的时间11212126m mt T qB qBππ==⨯=例2．如图1甲所示，在y ＞0的空间中存在匀强电场．场强沿y 轴负方向；在y ＜0的空间中，存在匀强磁场．磁场方向垂直xy 平面（纸面）向外．一电荷量为q 、质量为m 的带正电的运动粒子，经过y 轴上y ＝h 处的点P 1时速率为v 0．方向沿x 轴正方向；然后经过x 轴上x ＝2h 处的P 2点进入磁场，并经过y 轴上y ＝－2h 处的P 3点．不计重力．求 ⑴电场强度的大小．⑵粒子到达P 2时速度的大小和方向． ⑶磁感应强度的大小．图1甲[解析]⑴粒子轨迹如图1乙，从P 1到P 2作类平抛运动，因而有ma qE =、h t v 20=、h at =221由上三式有 qhmv E 220=⑵粒子到达点时速度分解，水平的v 0和竖直的v 1，速度方向与x 轴成θ角，则有ah v 221=、21202v v v +=、01tan v =θ，联立有02v v =，︒=45θ⑶设磁感应强度为B ，由牛顿定律有rv m qvB 2=，r 为圆轨道半径，由图可见，圆周与x 轴、y 轴的交点分别为P 2和P 3，OP 2＝OP 3＝2h ，︒=45θ，由几何关系知，P 2P 3连线为圆的直径，所以h r 2=，所以qhmv B 0=例3．如图甲所示，在x 轴上方有垂直于xy 平面向里的匀强磁场，磁感应强度为B ；在x 轴下方有沿y 轴负方向的匀强电场，场强为E ，一质量为m ，电量为－q 的粒子从坐标原点O 沿y 轴正方向射出。
人教课标版高中物理选修3-1：《带电粒子在匀强磁场中的运动》教案-新版
提取旧知识， 梳理 激 发 学 生 的 好 总结， 找到解决问 奇心。 旧知复习 题的方法
提出问题：如何进行加速器的改进。 观看视屏， 了解回 仪器， 学以致用
缺点。 板书设计
《带电粒子在匀强磁场中的运动》教学设计
指导思想和理论依据 促进学生更好地学习物理， 最重要的是激发学生的内部学习动力。 即促进学生对物理本 身保有好奇心，觉得它有趣有用，这样才能建立自己学习物理的目标。本科引入环节从自然 现象入手，中间环节重在理论推导加以实验验证，最后环节在于启发思考，拓宽学生思路， 了解科技发展过程，进而激发学生学习热情。 建构主义的核心观点是： 学习者要想获得成功的话， 必须自己去发现和转换复杂的信息。 这种观点指导下的教学强调自上而下的教学， 即先从复杂的的问题入手， 然后找到和发现所 需要的基本技能。 复杂的问题应该处在学生的最近发展区内。 本课的设计让学生运用牛顿定 律和洛伦兹力这些已有的知识技能， 启发思路， 最终成功得到带电粒子在匀强磁场中的运动 规律，并自行分析设计了粒子物理学中的两个精密仪器——回旋加速器和质谱仪。 教学内容分析 本节课是人教版教材选修 3-1 第三章的最后一节。通过本课题的学习，使学生掌握带电 粒子在磁场中运动规律的同时， 了解这一规律在粒子物理学研究中发挥的重大作用， 体会科 学精神，更在这一过程中体验科学的研究方法。另外，本节课作为本章的最后一节，对于前 面内容起着承接和总结提升的作用。本节内容的突出特点是：知识容量较少，但是包很的科 学史料十分丰富。 学生学情分析 通过《牛顿定律》 和《曲线运动》 的学习，学生已经初步掌握分析物体运动情况的方法， 他们更需要在实践中巩固这一结果。 而在现实生活中， 学生对微观粒子物理学 （高能物理学） 了解并不多，正待我们去开拓学生的眼界，激发他们的学习兴趣。通过之前各种科学课程的 学习，他们对于科学家的事例可能略知一二，但对科学家的发现、发明、创造的过程了解还 不够具体和系统。 教学重难点 教学重点：带电粒子在磁场中的运动规律及其在粒子物理学研究中的应用。 教学难点：带电粒子在匀强磁场中的受力分析及圆周运动和螺旋式的运动轨迹。 核心素养 通过 《带电粒子在匀强磁场中的运动》 的学习探究过程， 培养学生综合分析问题的能力。 让学生体会宏观与微观相结合以解决实际问题的思想方法。 培养学生实事求是、 尊重客观事 实的科学态度。 让学生了解科技对人类发展的巨大推动作用， 体会科学家们的科学探究精神。 教学目标（内容框架） 1、理解带电粒子在磁场中的三种可能运动。 2、会推导带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径、周期及螺旋式前进的螺距。 3、了解质谱仪的工作原理及回旋加速器结构、工作原理。 设计思想 新课程的理念以学生为本，教学要遵循学生的认知规律，关注学科知识的来龙去脉，重 视实验探究和科学方法。本节课的设计思想主要有以下几个方面：
新课标人教版31选修三《带电粒子在匀强磁场中的运动》WORD教案4
新课标人教版31选修三《带电粒子在匀强磁场中的运动》WORD教案4学习目标1、明白得洛伦兹力对粒子不做功。
2、明白得带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。
3、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，明白它们与哪些因素有关。
4、了解回旋加速器的工作原理。
学习重点带电粒子在匀强磁场中的受力分析及运动径迹学习难点带电粒子在匀强磁场中的受力分析及运动径迹自主学习1．带电粒子在匀强磁场中的运动(1)带电粒子的运动方向与磁场方向平行：做运动。
(2)带电粒子的运动方向与磁场方向垂直：粒子做运动且运动的轨迹平面与磁场方向。
轨道半径公式：周期公式：。
(3)带电粒子的运动方向与磁场方向成θ角：粒子在垂直于磁场方向作运动，在平行磁场方向作运动。
叠加后粒子作等距螺旋线运动。
2．质谱仪是一种十分周密的仪器，是测量带电粒子的和分析的重要工具。
3．回旋加速器：(1)使带电粒子加速的方法有：通过多次直线加速；利用电场和磁场的作用，回旋速。
(2) 回旋加速器是利用电场对电荷的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用，在的范畴内来获得的装置。
(3)为了保证每次带电粒子通过狭缝时均被加速，使之能量不断提高，要在狭缝处加一个电压，产生交变电场的频率跟粒子运动的频率。
⑷带电粒子获得的最大能量与D形盒有关。
同步导学例题1 三种粒子H 11、H 21、He 42，它们以下列情形垂直进入同一匀强磁场，求它们的轨道半径之比。
①具有相同速度；②具有相同动量；③具有相同动能。
解答 依据qvB ＝m v 2r ，得r ＝mv qB ①v 、B 相同，因此r ∝m q，因此r 1∶r 2∶r 3＝1∶2∶2 ②因为mv 、B 相同，因此r ∝1q，r 1∶r 2∶r 3＝2∶2∶1 ③12mv 2相同，v ∝1m ，B 相同，因此r ∝m q ，因此r 1∶r 2∶r 3＝1∶2∶1。
例2 如图所示，一质量为m ，电荷量为q 的粒子镇定器A 下方小孔S 1飘入电势差为U 的加速电场。
高中物理 带电粒子在匀强磁场中的运动教案 新人教版选修3
带电粒子在匀强磁场中的运动：确定带电粒子在磁场中运动轨迹的方法1、物理方法：作出带电粒子在磁场中两个位置所受洛仑兹力，沿其方向延长线的交点确定圆心，从而确定其运动轨迹。
2、物理和几何方法：作出带电粒子在磁场中某个位置所受洛仑兹力，沿其方向的延长线与圆周上两点连线的中垂线的交点确定圆心，从而确定其运动轨迹。
3、几何方法：①圆周上任意两点连线的中垂线过圆心②圆周上两条切线夹角的平分线过圆心③过切点作切线的垂线过圆心一：无界磁场中的运动如图所示，一个带负电的粒子以速度v由坐标原点射入磁感应强度为B的匀强磁场中，速度方向与x轴、y轴均成45°。
已知该粒子电量为-q，质量为m，则该粒子通过x轴和y轴的坐标分别是多少？mv/qB －mv/qB二：有界磁场中的运动：（一）双界磁场中的运动6、如图所示，比荷为e/m的电子从左侧垂直于界面、垂直于磁场射入宽度为d、磁感受应强度为B的匀强磁场区域，要从右侧面穿出这个磁场区域，电子的速度至少应为（）A、2Bed/mB、Bed/mC、Bed/(2m)D、2Bed/m【例3】电子自静止开始经M、N板间（两板间的电压为u）的电场加速后从A点垂直于磁场边界射入宽度为d的匀强磁场中，电子离开磁场时的位置P偏离入射方向的距离为L，如图所示。
求匀强磁场的磁感应强度。
（已知电子的质量为m ，电量为e ）解析：电子在M 、N 间加速后获得的速度为v ，由动能定理得：21mv 2-0=eu 电子进入磁场后做匀速圆周运动，设其半径为r ，则：evB =m rv 2电子在磁场中的轨迹如图，由几何得：222d L L+=rd L 22+ 由以上三式得：B =emu d L L2222+（二） 单界磁场中的运动：粒子从同一直线边界射入， 再从这一边界射出时，速度与边界的夹角相等【例1】一个负离子，质量为m ，电量大小为q ，以速率v 垂直于屏S 经过小孔O 射入存在着匀强磁场的真空室中，如图所示。
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带电粒子在匀强磁场中的运动之回旋加速器微课教学设计【设计思想】
“回旋加速器”是带电粒子在电场和磁场中运动的一个具体的综合实例。
本节微课的主要任务讲清楚回旋加速器的优势、工作原理。
本节课采用问题引导的方式，充分调动学生进行分析讨论。
【教学目标】
1．了解回旋加速器的基本结构和优势
2．理解回旋加速器的设计原理
3．提升分析问题的能力
【教学重点】
回旋加速器工作原理
【教学难点】
1．加速电场与带电粒子运动周期的同步关系
2．带电粒子最大动能和最大速度的影响因素
【教学过程】
一、引入
1．问题导向引入
如何获得一个高速带电粒子？
学生很容易想到带电粒子在加速电场中加速，回顾分析加速电场的原理，引导学生思考如何获得更高能量？部分学生会想到多级加速器。
这种直线多级加速器的弊端是什么？出示直线加速器图片（北京正负电子对撞机注入器），全长204米。
是否占据太大空间？
2．课题引入
如何解决直线加速器的的弊端，让粒子不断地进入加速电场，猜测加速器应该具有的结构，利用磁场来控制轨迹，使其多次进入同一个电场。
二、回旋加速器的原理
1．加速原理
利用动画展示回旋加速器的工作原理，让学生边看边思考D形盒狭缝加的电场能不能是匀强电场？为什么？有什么要求？学生可以通过播放器的暂停、重复多看几遍微课，真正搞清楚回旋加速器的工作原理，细心的学生会观察到狭缝中的电场方向有规律的变化，思考是什么规律，边看边思考粒子的在磁场中运动周期会随着速度变大而变化吗？复习带电粒子在磁场中做圆周运动的周期规律。
2.交变电场的规律
讨论加速电压的变化问题，明确加速电压应与粒子运动相配合。
讨论加速电压周期和粒子圆周运动周期的关系，并讨论粒子圆周运动周期的特点。
（通过讨论，最终得到加速电压周期与粒子圆周运动周期相同（同步条件），并且不随速度增大而改变。
）
3.展示实际中的回旋加速器
通过实物图片让学生真正看到物理规律的具体实践应用，增强学习物理的兴趣三、思考与讨论
问题1.粒子速度和运动半径越来越大，那么周期是否会变化？
引导学生通过前面的学习找到相应的理论依据来回答这个问题
问题2.如果D型盒半径为r，则该加速器能将质量为m，电荷量为q的粒子加速到多大的速度？这个最大速度跟什么因素有关？
引导学生学习用理论推导出正确的结论，从而提升解决问题的能力
四、思考与拓展
思考1。
若有人将加速器狭缝变短，期间加入匀强电场，能否实现加速？
这个问题既能考察学生对回旋加速器原理的理解情况，又能拓展学生思维，还有没有别的加速器？引导学生课后主动查找资料学习不同类型的加速器。
思考2.若能增加磁感应强度B，回旋加速器是否可以将粒子速度加到无穷大？作为课外知识补充一点相对论的初步知识，对渴望求知的孩子是一种动力，鼓励学生主动学习。
五、总结
1．本节课的主要内容是回旋加速器，经历了加速器的整个设计改进过程。
2．本节课的几个重点：回旋加速器的基本设计思想（电场加速、磁场控制轨道）；交变电压周期与粒子回旋周期相同；粒子加速后的最大能量与最大半径和磁场强弱有关，与加速电压无关。
3．加速器有很多种类型，了解他们的工作原理。