带电粒子在磁场中的运动教学案例.doc

第六节 带电粒子在匀强磁场中的运动一、教学目标（一）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 v 与 B 垂直时，粒子在匀强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 r、T 及其应用4、知道质谱仪与回旋加速器的基本构造、工作原理 及用途 （二）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以及应用物理知识解决实际问题的能力（三）情感态度与价值观通过对本节的学习，充分了解科技的威力，体会科技的创新历程二、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 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.三、教具：洛伦兹力演示仪、感应线圈、电源、多媒体等四、教学过程：（一）复习引入 洛伦兹力： 洛伦兹力大小的计算：（二）新课讲解演示：洛伦兹力演示仪的工作原理，当 v⊥B 时粒子的运动情况演示实验： 实验现象：结论：v⊥B；v∥B，两种情况①要明确所研究的物理现象的条件----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，确定粒子只可能做平面运动③据洛伦兹力的特点，确定带电粒子的运动轨迹1．带电粒子在匀强磁场中的运动（1） 、运动轨迹：注意：带电粒子做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供推导：轨道半径 r 和周期 T 与粒子所带电量 q、质量 m、粒子的速度 v、磁感应强度B 有的关系2） 、轨道半径和周期①轨道半径 r =mv/qB ②周期 T =2πm/ qB例题分析：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)粒子进入磁场时的速率2)求粒子在磁场中运动的轨道半径2、质谱仪 如图所示，半径为 r 的圆形空间内，存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子（不计重力） ，从 A 点以速度 v0 垂直磁场方向射入磁场中，并从 B 点射出，已知∠AOB=120°，求该带电粒子在磁场中运动的时间①质谱仪的结构： ②质谱仪的工作原理：③同位素： ④质谱仪设计者：汤姆生的学生阿斯顿⑤质谱仪的主要用途：测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具例题分析：如右图，质谱仪主要是用来研究同位素（即原子序数相同而相对原子质量不同的元素）的仪器。

正离子源产生带电量为 q 的正离子，经 S1、S 2 两金属板间的电压 U加速后，进入离子速度选择器之中P 1、P 2 之间有场强为 E 的匀强电场和与之正交的磁感应强度为 B1 的匀强磁场通过速度选择器的离子经 S3 细孔射入磁感应强度为 B2 的匀强磁场沿一半圆轨迹运动，射到照相底片 M 上，使底片感光若该离子质量为 m，底片感光处距细孔 S3 的距离为 x，试证明m=qB1B2x/(2E)3、回旋加速器（1）直线加速器①加速原理： ②直线加速器的多级加速：③直线加速器的缺点：占有的空间范围大，在有限的空间内受到一定的限制2）回旋加速器①发明者：美国物理学家劳伦斯于 1932 年发明②结构：核心部件为两个 D 形盒（加匀强磁场）和其间的夹缝（加交变电场）③加速原理：磁场的作用： 电场的作用：交变电压的作用： 带电粒子经加速后的最终能量：（三）例题分析例 1：1989 年初，我国投入运行的高能粒子回旋加速器可以把电子的能量加速到 2.8GeV;若改用直线加速器加速，设每级的加速电压为 U =2.0×105V，则需要几级加速？例 2、一回旋加速器的 D 形盒，直径为 D，磁感应强度为 B，被加速的带电粒子带电量为 q，质量为 m，加速电压为 U0，试写出最大速度 vm,，最大动能 Ekm 及周期 T 的表达式。

说明粒子的最后动能与加速电场的大小或加速电压的高低无关）例 3、用一台回旋加速器分别加速电荷量为 q，质量为 m 的质子与 m 电荷量为 2q，质量为 4m 的  粒子，的质子与  粒子获得的能量之比为 ；所需交变电压的频率之比为 ；获得上述能量所需时间之比为 四）对本节要点做简要小结（略）例题分析1、 如图 10-6 所示，螺线管两端加上交流电压，沿着螺线管轴线方向有一电子射入，则该电子在螺线管内将做 A．加速直线运动 　B．匀速直线运动C．匀速圆周运动 　D．简谐运动2、如图 10-24 所示，空中有水平向右的匀强电场和垂直于纸面向外的匀强磁场，质量为m，带电量为+q 的滑块沿水平向右做匀速直线运动，滑块和水平面间的动摩擦因数为 μ，滑块与墙碰撞后速度为原来的一半滑块返回时，去掉了电场，恰好也做匀速直线运动，求原来电场强度的大小。