第8、9课时 带电粒子在匀强磁场中的运动

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1、江苏省淮阴中学新课标物理选修3－1模块※第三章·磁现象和磁场编者：王刚日期：2006-8-29第8课时带电粒子在匀强磁场中的运动质谱仪第9课时回旋加速器霍尔效应课题带电粒子在匀强磁场中的运动教学目标1.知识与技能：①理解洛伦玆力不做功的道理；②理解带电粒子在洛伦玆力作用下做匀速圆周运动的道理；③掌握带电粒子在洛伦玆力作用下做圆周运动的半径公式和周期公式；④掌握质谱仪和回旋加速器的原理.2.过程与方法：①理论与实践相结合的研究方法；②实验探究并结合力学的理论分析.3.情感态度与价值观：科学技术是第一生产力.重、难点1.认识带电粒子在匀强磁场中的运动规律；2.运用规律理解质谱仪和回旋加速器

2、的原理.教学策略首先从理论上分析在匀强磁场中，垂直于磁场方向运动的带电粒子的运动轨迹是什么？要说明清楚这样几点：①明确所研究物理现象的条件――在匀强磁场中垂直于磁场方向运动的带电粒子；②分析带电粒子的受力情况，用左手定则明确带电粒子初速度与所受到的洛伦玆力在同一平面内，所以只可能做平面运动；③洛伦玆力不对运动的带电粒子做功，它的速率不变，同时洛伦玆力的大小也不变；④根据牛顿运动第二定律，洛伦玆力使运动的带电粒子产生加速度（向心加速度），最后可以得出结论：在匀强磁场中，垂直于磁场方向运动的带电粒子做匀速圆周运动，其轨迹是一个圆。然后介绍洛伦玆力演示仪，用实验验证上面的结论。实验时要详细介

3、绍仪器的结构和部件功能。在例题的讲解时，可以让学生自己处理，教师适当引导。注意归纳和总结解题经验。教学程序环节过程设计情感与方法一．理论分析：带电粒子在匀强磁场中的运动性质【问题引入】①一个静止的电子放在匀强磁场B中，是否受到洛伦玆力作用？②一个电子以速度沿与磁感应强度B平行的方向进入匀强磁场中，该电子是否受到洛伦玆力？vBfvBfv③试判断并标出下列各图带电粒子所受洛仑兹力的方向、或带电粒子的电性、或粒子运动方向第8页共8页王刚教学工作室二．演示实验：用洛伦玆力演示仪观察运动电子在磁场中的偏转【总结】①以上四个问题中，电子所受洛伦玆力与粒子的速度是否总在同一平面内？f和v总在同一平面

4、内，所以，粒子只能在某一确定的平面内运动（什么平面内？由v和f决定的平面内，也即与磁感应强度B垂直的平面内运动）②由于洛伦玆力与速度方向垂直，所以，它在速度方向上没有分量，即洛伦玆力不改变速度的大小，或者说，洛伦玆力对粒子不做功。③也正由于洛伦玆力与速度方向垂直，它起到改变速度方向的作用。但一旦速度方向发生改变时，洛伦玆力将跟着改变，以保证洛伦玆力始终与速度方向垂直。这样，洛伦玆力就起到了向心力的作用。④所以，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。【实验目的】用洛伦玆力演示仪观察运动电子在磁场中的偏转。【实验器材】洛伦玆力演示仪【实验步骤】1.介绍洛伦玆力

5、演示仪的物理结构：①电子束由电子枪产生；②玻璃泡内充有稀薄的气体，在电子束通过时能够显示电子的径迹；③由励磁线圈产生匀强磁场，原理略。磁场的方向与两线圈中心的连线平行（对观察者来说，是里外方向的磁场）；④电子的速度大小和磁感应强度可以分别通过电子枪的加速电压和励磁线圈的电流来调节。2.不加磁场时，观察电子束的径迹。（是一条直线）3.给励磁线圈通电，在玻璃泡中产生沿两线圈中心连线方向、由纸内指向观察者的磁场，观察电子束的径迹。（绿颜色显示出电子的径迹为圆周）4.保持出射电子的速度大小和方向不变，改变磁感应强度，观察电子束径迹的变化。（B变大时，径迹的半径变小）5.保持磁感应强度不变，改变

6、出射电子的速度，观察电子束的径迹的变化。（初速度变大时，径迹的半径变大）第8页共8页王刚教学工作室三．推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆半径公式和周期公式【思考与讨论1】四．质谱仪原理1.半径公式的推导：由带电粒子做匀速圆周运动所受到的向心力就是洛伦玆力提供，设圆周运动的半径为R，运动的速度为，磁感应强度为B，粒子的质量为，有，得半径【分析】①当不同性质的粒子以相同的速度垂直进入同一磁场中时，各自做圆周运动的半径的大小与粒子的比荷成反比；②同一种元素的同位素以相同的速度进入同一匀强磁场时，各自做圆周运动的半径它们的质量成正比；③不同性质的粒子以相同的动量进入同一匀强磁场时，各自

7、做圆周运动的半径与带电量成反比；④由不同性质的粒子以相同的动能进入同一匀强磁场时，各自的半径与各自的成正比.教材P108《问题与练习》T22.圆周运动的周期T公式由即粒子垂直进入匀强磁场做匀速圆周运动的周期与磁场的强弱成反比，与粒子的比荷成反比；但与进入磁场时的速度大小无关.一个质量为、电荷量为的粒子，从容器下方的小孔飘入电势差为的加速电场，然后经过沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上。（1）求粒子进入磁场时