带电粒子在匀强磁场中的运动学案.doc

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1、§3.6带电粒子在匀强磁场中的运动学案共2课时编写人王秀珍审核人武军华编号3--6【学习目标】1．理解带电粒子的V方向与B的方向垂直时，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。2．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，知道它们与哪些因素有关，并会应用它们解答有关问题。3．知道质谱仪和回旋加速器的工作原理。【重点·难点】1.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的有关计算。2.掌握带电粒子在有界磁场中的运动的分析方法【复习导入】1．什么是洛伦兹力？洛伦兹力的方向有何特点？2．带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？洛伦兹力的大小如何计算？【自主探究】探究一：带电粒

2、子在匀强磁场中的运动（理论分析）一带电量为–q，质量为m，速度为v的带电粒子（不计重力）垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，如右图所示。请思考下列问题：①带电粒子所受的洛伦兹力F的方向和大小有什么特点？带电粒子在匀强磁场中将做什么样的运动？轨迹是什么？请利用圆周运动和磁场的有关知识推导：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径R和运动周期T表达式分别是什么？思考：（1）若带电粒子平行于磁感线进入匀强磁场，则带电粒子在磁场中又如何运动？（2）若进入磁场时v的方向与磁感应强度B有一夹角，带电粒子在磁场中又如何运动？探究二：带电粒子在匀强磁场中的运动（实验验证）1．洛伦兹

3、力演示仪主要由、、等构成。2.工作原理：电子束由产生，玻璃泡内充有，在电子束通过时能够显示。励磁线圈能够在两个线圈之间产生，磁场的方向与平行。电子速度的大小和磁感应强度可以分别通过和来调节3.观察现象：4.结论：典例一、带电粒子在有界磁场中的运动：41．有界匀强磁场是指只在局部空间存在着匀强磁场，带电粒子从磁场区域外垂直于磁场方向射入磁场区域，在磁场区域内做匀速圆周运动，其轨迹通常不是完整的圆，而是圆的一部分，即一段圆弧，所以粒子经过一段圆弧后离开磁场区域。2．求解带电粒子在有界磁场中运动的基本思路：（一）定圆心，画轨迹。（二）定半径。（三）用规律。一）圆心的确定：圆心

4、的位置应在：①与速度方向垂直的直线上（或在洛伦兹力的作用线上）②任一条弦（通常做过入射点和出射点的弦）的垂直平分线上。作出上述直线中的任意两条直线的交点，即为圆心。通常有两种方法：图1图2（1）如右图1所示，图中P为入射点，M为出射点。（2）如右图2所示，P为入射点，M为出射点。二）定半径：确定圆心后，由三角形几何关系求出。（一般是三角形的边边关系、边角关系、全等、相似关系）。三）用规律：①带电粒子运动的轨道半径②带电粒子运动的周期③带电粒子在磁场中运动的时间有两种方法：（1）若粒子运动的圆弧所对的圆心角为θ时，则其运动的时间为。（2）若粒子运动的圆弧的弧长为l，则其运

5、动的时间为。例1、带电粒子的质量m＝1.7×10－27kg，电荷量q＝1.6×10－19C，以速度v＝3.2×106m/s沿垂直于磁场同时又垂直于磁场边界的方向进入匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B＝0.17T，磁场的宽度l＝10cm，如图所示．(1)求带电粒子离开磁场时的速度和偏转角．(2)求带电粒子在磁场中运动的时间以及出磁场时偏离入射方向的距离．举一反三．如下图所示，在正方形abcd范围内，有方向垂直纸面向里的匀强磁场，电子各以不同的速率，都从a点沿ab方向垂直磁场方向射入磁场，其中速率为v1的电子从c点沿bc射出，速率为v2的电子从d点沿cd方向射出。不计重力，两

6、电子（）A．速率之比v1/v2=2B．在磁场中运行的周期之比T1/T2=1/2C．在磁场中运行的时间之比t1/t2=1/2D．半径之比R1/R2=143．两个有用的推论：（1）从一边界射入的粒子，从同一边界射出时，速度与边界的夹角（弦切角）相等，如图甲、乙所示。（2）带电粒子沿半径方向射入圆形磁场区域内，必从半径方向射出，如图丙所示。探究三：质谱仪如图所示，一质量为m，电荷量为q的粒子从容器A下方小孔S1飘入电势差为U的加速电场，然后让粒子垂直进入磁感应强度为B的磁场中，最后打到底片D上.(1)粒子在S1区做什么运动?（2）在S2区做何种运动，在S3区将做何种运动?(3

7、)粒子进入磁场时的速率？在磁场中运动的轨道半径？(4)质谱仪的原理如何？谁发明的？有什么用？探究四：加速器1.直线加速器2．回旋加速器3.原理：·两D形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙有交变电场。·电场使粒子加速，磁场使粒子回旋。·4粒子回旋的周期不随半径改变。让电场方向变化的周期与粒子回旋的周期一致，从而保证粒子始终被加速。4.结论·在磁场中做圆周运动,周期不变·每一个周期加速两次·电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相同·电场一个周期中方向变化两次·粒子加速的最大速度由盒的半径决定·电场加速过程中,时间极短,可忽略【当堂检测】1：同一