《带电粒子在匀强磁场中的运动》教案

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1、高中物理新课标选修3-1第三章第六节《带电粒子在匀强磁场中的运动》教案【教学目标】（一*）主要目标1.理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度方向垂直吋，在匀强磁场中做匀速圆周运动。2.熟练掌握"带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动"的基本规律。3.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，学会解答有关问题。4.知道质谱仪的工作原理及旋加速器的基本构造、工作原理及用途。（二）同吋0标1.通过对本节的学习，充分了解科技的巨大威力，体会科技的创新历程。2.培养学生综合分析问题的能力，/本会物理知识的实际应用。【教材分析】本节是本章知

2、识的重要应用之一，是力学知识和电磁学知识的综合。通过对本节知识的学习，学生能够把洛伦兹力和动力学知识有机地结合起来，加深对力、磁场知识的理解，有利于培养学生川物理规律解决实际14题的能力。【教学重点】带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式和周期公式，并能用来解决有关问题。【教学难点】1.带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动的基本规律.。qvB=mv2/r2.综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在复合场中的问题.【教学方法】分析法、讲练法【教学用具】多媒体【教学过程】（一）复习旧知引入新课教师活劫，匀速圆周运动受力有什么特点？向心

3、力大小公式？速度有什么特点？勞噠活幼，做匀速圆周运动的物体受力合力指向圆心，F=mv2/r，速度大小不变，方向不断改变。教师活幼z带电粒子在磁场中一定受到洛伦兹力吗？嗲噠活劫，当带电粒子的速度与磁场方向平行时，带电粒子不受洛念伦兹力。教师活劫：洛伦兹力的大小怎么计算？勞i活幼，F=qvBsinO教卿活幼，洛伦兹力的方向如何确定？嗲噠活幼，左手定则教师活劫，洛伦兹力有什么特点？勞噠活劫，对运动电荷不做功，不改变速度大小只改变速度方向。引入：带电粒子进入匀强磁场时将做什么运动呢？今天我们就来讨论一带电粒子在匀强磁场中的运动(二)新课教学一.

4、带电粒子在匀强磁场中的运动(重力不计)1.带电粒子平行射入匀强磁场的运动状态？学生分析得出结论：匀速直线运动2.带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态？理论分析:首先回顾匀速圆周运动的特点：速率不变，向心力和速度垂直且始终在同一平血，向心力大小不变始终指向圆心。带电粒子在匀强磁场中的运动吋速度、受力否符合上面3个特点。得出猜想：带电粒子垂直射入匀强磁场后做匀速圆周运动。3.在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径r和周期T,与速度v、磁场强度B的关系？学生推导：(1)圆周运动的半径qvB=,?7V/RR=mv/qB(2)圆周运动的周期T==23TR

5、/vT=2hm/Bq教师总结：①同一粒子在相同磁场屮半径跟速率成正比。②同一磁场周期与r和v均无关，而与比荷q/m成反比。实验验证1一洛伦兹力演示仪⑴结构：①电子枪：射出电子②加速电场：作用是改变电子束出射的速度③励磁线圈：作川是能在两线圈之间产生平行于两线圈巾心的连线的匀强磁场(2)实验结论：①沿着与磁场垂直的Zf向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场屮做匀速圆周运动。②磁场强度不变，粒子射入的速度增加，轨道半径也增大。③粒子射入速度不变，磁场强度增人，轨道半径减小。实验验证2图片：带电粒子在汽泡室运动径迹的照片。有的粒子运动过程中能量降低

6、，速度减小，径迹就呈螺旋形。结论：沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动。例h—个质量为m、电荷量为q的粒子，从容器下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，然后经过S3沿着与磁场垂直的方M进入磁感应强度为B的匀强磁场屮，最后打到照相底片D上求：(1)求粒子进入磁场时的速率(2)求粒子在磁场中运动的轨道半径解：由动能定理得：qU=mv2/2,解得:粒子在磁场中做匀速圆周运动得半径为:教师引导分析：由例1的结果可知r和进入磁场的速度无关，进入同一磁场时，r-而且这些个量中，u、B、r可以直接测量，那么，我们可以用

7、装置来测量比荷或算出质量，这就是质谱仪。二.实际应用1.质谱仪质谱仪最初是由汤姆生的学生阿斯顿设计的，他用质谱仪发现了氖20和氖22，证实了同位素的存在，现在的质谱仪已经是•一种十分精密的仪器，是测量带电.粒子质量和分析同位素的重要工具。1.加速器（1）直线加速器①加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使其动能增加，即qU=AEk②直线加速器的多级加速：（多媒体演示直线加速器的原理图）由动能定理可知，带电粒子经N级的电场加速后增加的动能为：AEk=q（U1+U2+U3+U4+…Un）③直线加速器占有的空间范闱大，在有限的空间内制造直线加

8、速器受到一定的限制。（2）回旋加速器①由美国物理学家劳伦斯于1932年发明。②多媒体演示冋旋加速器结构与加速带电粒子的过程。③加速原理：通过“思考与讨论”让学生自己分析出带电粒子做匀速圆周运动的调期公式71