_带电粒子在磁场中的运动质谱仪.doc

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1、《带电粒子在磁场中的运动质谱仪》重庆求精中学物理组：李峥教材分析：《磁场》一章讲述电磁关系中基本概念之一的磁场以及磁场与带电物体之间的力学联系，是高二电磁部分的重点章节之一，而本节课则又是此章的重中之重，在历届高考命题中特别是综合计算题部分屡次出现，是本章教学中不可忽视的一个重要环节。本节课的理论基础是力学部分曲线运动知识尤其是匀速圆周运动和向心力相关内容以及前一节洛仑兹力概念和特点等内容。因此这一节既是力学部分和电磁学部分旧知识的回忆复习，又是将这两部分有机整合进行全新理论的构建过程，同时其为复合场的运动研究奠定了基础。通过本节学习，学生一方面加强了洛仑兹力作用特点的认识以及匀速圆周运

2、动向心力概念的把握，另一方面通过分析力与运动的关系得出带电粒子在磁场中的运动规律，学生能够充分体会到物理知识的联系性和规律性，而且本节从实验探究，到理论分析，再到实际应用，契合物理学研究的思维脉络，让学生不但掌握知识，更使他们能够感知研究物理问题的一般规律和方法，学好本节内容将增强学生科学素质，培养其探究精神，提高其分析问题、解决问题的能力。结点分析：本节课主要有以下几个结点：1．垂直射入匀强磁场的带电粒子其轨迹为何是圆，关键是分析力与运动的关系2．带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期，根据匀速圆周运动的相关知识类比3．质谱仪原理，加深对半径公式的理解一、教学目标1．知识与技能

3、：（1）理解洛伦兹力对粒子不做功。（2）理解带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的条件。6（3）会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径及周期公式。（4）会运用带电粒子在匀强磁场中的运动规律分析问题解决问题。（5）了解质谱仪的工作原理。2．过程与方法（1）通过提出实际问题，分析问题，解决问题的过程，学习科学的思维方法。（2）通过物理实验观察、理论推导过程，逐步掌握研究物理问题的一般方法。3．情感、态度和价值观（1）从探究中获得积极的情感体验，培养认真、严谨的科学态度和科学精神。（2）了解并体会物理学在现代科学技术中的应用，培养爱国主义精神。二、教学重难点1．带电粒子垂直进入匀强磁场的轨迹

4、分析。2．带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径及周期公式推导、理解和运用。3．质谱仪工作原理的理解。三、教学器材洛伦兹力演示仪三、教学过程（一）新课引入：改革开放以来，我国的科学技术发展日新月异，特别是在高能物理方面更是取得了举世瞩目的成就，从北京正负电子对撞机到上海光源，从“阿尔法”磁谱仪到“人造太阳”无不显示出我国科技自主创新的勃勃生机。在19世纪末、20世纪初的高能物理发展过程中，同位素的分离一直是个经久不衰的话题，那么同学们能够利用已有的电磁学知识来分离氕、氘、氚这三种同位素吗？同位素中子数不同，质量有明显的差异，要分离同位素是不是应该从质量入手呀？那么怎样来分离呢？我们知道：带

5、电粒子垂直于电场线方向进入匀强电场会发生偏转，正负电荷可以被分开，这个过程中电场力远大于重力，所以其重力可以忽略，带电粒子做类平抛运动。我们能够利用这个规律来分离同位素吗？6理论探究：能否利用带电粒子在匀强电场中的偏转分离同位素？当带电粒子经加速电场加速后垂直于电场线方向射入偏转电场时，带电粒子受到竖直方向的电场力而发生偏转。我们假设粒子质量为，带电量为，加速电场电压，偏转电压为，极板间距为，极板长度为，偏转角度为加速电场中：偏转电场中：＝由此可见：偏转角度与粒子质量无关，所以不能达到分离同位素的目的。（二）进入新课我们知道带电粒子在磁场中也可能发生偏转，那么带电粒子在磁场中的运动情况又

6、是怎样的呢？我们能否利用带电粒子在磁场中的运动规律来分离同位素呢？这就是我们今天所要研究的问题：带电粒子在磁场中的运动，质谱仪。根据上节课的知识我们知道带电粒子进入磁场可能受到洛伦兹力的作用，洛伦兹力的方向可以根据左手定则来判定（复习左手定则）。如果带电粒子速度方向与磁场方向相平行时，是否受洛伦兹力作用？通过问题的设置引导学生分析力与运动关系，让学生掌握处理物理问题的一般方法，明确粒子速度方向与磁场方向相垂直时，不受洛伦兹力的作用。同时强调粒子重力可忽略这一事实，让学生学会在分析问题时抓住主要矛盾，忽略次要矛盾。实验探究：V垂直B时，带电粒子在匀强磁场中运动的轨迹如何？我们首先通过一个实

7、验来观察。（介绍洛伦兹力演示仪并实验：电子枪：射出电子（电子射线可以使管内的低压水银蒸汽（或氢气）发出辉光，显示电子径迹）；加速电场：作用是改变电子束出射的速度；亥姆霍兹线圈：作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈中心连线的匀强磁场……）通过真实实验有效的激发学生的求知欲，利用摄像头的放大作用，让实验现象清晰的呈现，解决了普通课堂上实验现象难于全面呈现的问题。6理论探究：垂直射入匀强磁场的带电粒子的运动轨迹为什么是圆？这个问题是本节课