高中物理带电粒子在匀强磁场中的运动 导学案新人教版选修3.doc

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1、3.6带电粒子在匀强磁场中的运动(一)导学案课时姓名：学海导航知识与技能1、理解洛伦兹力对粒子不做功.2、理解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，并会用它们解答有关问题.知道质谱仪的工作原理。4、知道回旋加速器的基本构造、工作原理、及用途。过程与方法通过综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在复合场（电场、磁场）中的问题.培养学生的分析推理能力.情感态度与价值观通过对本节的学习，充分了解科技的巨大威力，体会科技的创新历程。学习重点与难点：重点：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和

2、周期公式，并能用来分析有关问题.难点：1.粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动.2.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.仪器：洛伦兹力演示仪、感应线圈、电源、多媒体等学习探究一、带电粒子在匀强磁场中的运动1、洛伦兹力演示仪励磁线圈产生匀强磁场，方向与线圈中心的连线平行电子枪产生电子束，玻璃泡内有稀薄的气体显示电子径迹电子的速度大小由电子枪加速电压调节磁感应强度由励磁线圈的电流调节2、观察实验不加磁场：电子束径迹是＿＿＿加磁场：电子束径迹是＿＿＿B变大、V定：电子束径迹半径＿＿＿B定、V变大：电子束径迹半径＿＿＿3、带电粒子在匀强磁场中的运动径迹没有磁场作用电子的径迹是

3、＿＿＿管外加匀强磁场电子的径迹是弯曲成＿＿＿洛伦兹力充当向心力二、带电粒子在匀强磁场中的运动规律——轨道半径设：带电粒子的质量为m电荷量为q速率为v圆周运动所需的向心力=洛伦磁力T=？例题：一质量为m，电荷量为q的粒子，从容器A下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，其初速度为零，然后经过S3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。求：1）粒子进入磁场时的速率2）粒子在磁场中运动的轨道半径解：由动能定理可知粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为二、质谱仪1、质谱线电荷量相同而质量有微小差别的粒子，进入磁场后将沿着不同的半径做圆周运动，打到照相底片的不同地

4、方，在底片上形成若干谱线的细条，叫质谱线从谱线的位置可知圆周的半径r，知带电粒子的电荷量q，可算出它的质量2、质谱仪是一种十分精密的仪器，可测量带电粒子的质量和分析同位素①带电粒子注入器②加速电场（U）③速度选择器（E,B1）④偏转磁场（B2）⑤照相底片三、加速器加速器是产生高能量的带电粒子的装置高能粒子的作用轰击原子核研究内部结构1、直线加速器工作原理qU=DEk多级加速带电粒子经n级的电场加速2、回旋加速器1）结构两个D型扁金属盒D型扁金属盒间留一个窄缝，在中心放有粒子源，整个装置放在巨大的电磁铁两极之间2）工作原理磁场:运动电荷的＿＿＿作用电场:带电粒子的＿＿＿作用磁场带电粒子以某

5、一速度垂直磁场方向进入匀强磁场，在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动周期与速率、半径无关带电粒子每次进入D形盒都运动相等的时间（半个周期）后平行电场方向进入电场中加速电场D形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的并垂直于盒的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速交变电压为保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速，在窄缝两侧加上跟带电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电压回旋加速器使带电粒子的能量加速到20Mev说明1）D型盒的作用是静电屏蔽，使粒子不受电场干扰，保证做匀速圆周运动2）交变电流的频率3）当粒子从D形盒边缘导出，它最后半周满足4）粒子得到的能量要提高加速粒子的最终能量，可增大磁感应强度B和D形盒的

6、半径R思考1：为何带电粒子经回旋加速器加速后的最终能量与加速电压无关？加速电压越高，带电粒子每次加速的动能增量越大，回旋半径也增加越多，导致带电粒子在D形盒中的回旋次数越少反之，加速电压越低，粒子在D形盒中回旋的次数越多可见，加速电压的高低只影响带电粒子加速的总次数，并不影响引出时的速度和相应的动能思考2：为什么经典的回旋加速器加速质子，最高能量仅能达到20Mev？在粒子的能量很高的时候，它的运动速度接近于光速，按狭义相对论，粒子的质量将随着速率的增加显著增大，粒子回旋的周期要发生变化交变电场的频率与粒子运动的频率不一致，破坏了加速器的工作条件作业:课本P102问题与练习总结反思：