带电粒子在电场和磁场中运动

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1、带电粒子在电场和磁场中运动的应用［教学目的］１、能了解荷质比的测定方法。２、能了解质谱仪、速度选择器、回旋加速器的基本构造及原理。３、能够运用带电粒子在磁场中运动的规律来解决有关实际问题。［教学重点］运用带电粒子在磁场中运动的规律来解决有关实际问题。［教学难点］回旋加速器中带电粒子运动速度、周期与加速电场周期　　　　　　的关系。［教学方法］提问、讨论法［教学手段］多媒体辅助教学［教学过程］一、复习提问提问１、带电粒子垂直进入某一匀强磁场，其受力情况如何？运动轨迹如何？２、带电粒子在磁场中作匀速圆周运动，其轨道半径、周期分别由什么来决定？二、引入新课带电粒子在磁场中的运动有哪些

2、应用呢？若空间同时存在电场与磁场，带电粒子的运动又会受到什么影响呢？三、讲授新课（一）、荷质比的测定、质谱仪板书1.荷质比的概念：带电粒子的电荷与质量之比。它是带电粒子的基本参量。板书在电场和磁场中，带电粒子受到的力与电量成正比，得到的加速度与粒子的质量成反比，因而粒子的运动情况依赖于粒子的荷质比。这样，我们确定了粒子的荷质比，就可研究带电粒子在电场和磁场中的运动情况；反之由粒子的运动情况也可求出粒子的荷质比。３、测定荷质比的装置：　A：电离室　S1—S2：加速电场　S2—S3：速度选择器　B：匀强磁场D：照相底片１）、粒子进入电离室，电离成正负离子；２）、正离子由孔飘出，从

3、缝S1进入加速电场，设加速电场两极板间的电势差是U，粒子所带的电量是q，粒子进入缝S1时速度很小，几乎为零，由动能定理可知，粒子离开加速电场从孔S２出来所获得的动能是mv2/2=qU----------------------------------(1)3)、粒子以速度v由小孔S3进入匀强磁场作匀速圆周运动,mv2/r=Bqv---------------------------------------(2)由（１）和（２）式得：q/m=2U/B2r2上式右方的各物理量都可以由实验测出来。即微观量的大小可以通过宏观量的测定而得到的。板书４、电子就是通过测定荷质比而被发现的。

4、５、测定荷质比的装置――质谱仪（最初由汤姆生发现的）。６、质谱线：从离子源中射出的带电粒子的电量相同，而质量有微小差别，由公式q/m=2U/B2r2，它们进入磁场后将沿不同的半径做圆周运动，打在照相底片的不同位置，在底片上形成若干谱线条的细条，叫质谱线。得用质谱线可以准确地测出各种同位素的原子量。板书（二）、速度选择器１、原理示意图　　　　　　离子从小孔S1飘出来时速度并不相　　　　　　　　　　　同，因此经加速电场加速后，从缝S3进入匀强磁场中速度也不同，这对实验有一定的影响。于是人们在缝S2和缝S3之间加一速度选择器。其中D1和D2是板书　　　　　　　　　　　两个平行金属板

5、，分别连电源的两极上，其间有一定的电场强度E，同时在这空间加有垂直电场方向的磁场，磁感应强度为B。不同速率的粒子进入混合场，运动轨迹不同。２、原理：　　　　若Bqv>Eq，粒子向右偏转；　　　　　　　　　　　　　　　若Bqv

6、选择器对速度的　　　　2）、质谱仪主要是用来研究同位素的粒子的质量为m，电量为q，加速电压为U,速度选择器内电场为E，磁感应强度为B’，匀强磁场的磁感应强度为B，粒子射到了照相底片上，使底片感受光，设底片感光处距S3的距离为x，试证明x=qBB’x/2E.板书(三)、回旋加速器１、不是利用高压电源使粒子一次性得到巨大的速度，而是利用电压较低的高频电源，使粒子每隔一定的时间受到一次加速，经过多次加速后达到巨大速度。２、回旋加速器的主要构造回旋加速器的核心部分是两个D形的金属扁盒，这两个D形盒就象是沿着直径把一个圆形的金属扁盒切成两半，两个D形盒之间留一个窄缝，在中心附近放有粒子

7、源。D形盒装在真空容器中，整个装置放在巨大电磁铁的两极之间，磁场方向垂直于D形盒的底面。两个D形盒分别接在频率为的高频电源的两极上，就在D形盒的窄缝之间造成交变电场，这样粒子源发出的带电粒子就不断加速。带电粒子在D形盒内沿螺旋线逐渐趋于盒的边缘，达到一定的速率后，用特殊装置把它们引出。3、工作原理１）A0处放一粒子源，带正电的粒子以某一速率v0垂直进入匀强磁场，在磁场中作匀速圆周运动，经过T/2，沿圆弧A0A1到达A1。２）在A1A’处造成一个向上电场，使其加速，速率由v0增加到v1，粒子以v1在磁场中