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带电粒子在匀强磁场中的运动(教案)
带电粒子在匀强磁场中的运动适用学科高中物理适用年级高中二年级适用区域人教版课时时长(分钟)60知识点1、带电粒子在匀强磁场做匀速圆周运动:半径与速度的关系式。2、带电粒子在电磁复合场中做直线运动的两种可能。3、带电粒子在匀强磁场做匀速圆周运动:半径与速度的关系式。4、带电粒子在匀强磁场做匀速圆周运动:周期和运动时间的计算。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 。
二、过程与方法
1、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中的问题.
2、培养学生的分析推理能力
三、情感、态度与价值观
通过对本节的学习,充分了解科技的巨大威力,体会科技的创新历程。教学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。教学难点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。教学过程
一、复习预习
[问题1]什么是洛伦兹力?[磁场对运动电荷的作用力]
[问题2]带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力?[不一定,洛伦兹力的计算公式为F=qvBsinθ,θ为电荷运动方向与磁场方向的夹角,当θ=90°时,F=qvB;当θ=0°时,F=0.]
二、知识讲解
课程引入:
带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时会做什么运动呢?今天我们来学习——带电粒子在匀强磁场中的运动、质谱仪。
考点/易错点1、带电粒子垂直进入匀强磁场中的受力及运动情况分析
一是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。二是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兹力在同一平面内,所以只可能做平面运动。三是洛伦兹力不对运动的带电粒子做功,它的速率不变,同时洛伦兹力的大小也不变。四是根据牛顿第二定律,洛伦兹力使运动的带电粒子产生加速度(向心加速度)
①.电子受到怎样的力的作用?这个力和电子的速度的关系是怎样的?(电子受到垂直于速度方向的洛伦兹力的作用.)
②.洛伦兹力对电子的运动有什么作用?(.洛伦兹力只改变速度的方向,不改变速度的大小)
③.有没有其他力作用使电子离开磁场方向垂直的平面?(没有力作用使电子离开磁场方向垂直的平面)
④.洛伦兹力做功吗?(洛伦兹力对运动电荷不做功)
考点/易错点2、带电粒子在匀强磁场中的运动
(1)、运动轨迹:沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子,粒子在垂直磁场方向的平面内做匀速圆周运动,此洛伦兹力不做功.
【注意】带电粒子做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供。
理解带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,的轨道半径r和周期T与粒子所带电量、质量、粒子的速度、磁感应强度有什么关系。
一为带电量q,质量为m ,速度为v的带电粒子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中,其半径r和周期T为多大?
[问题1]什么力给带电粒子做圆周运动提供向心力?[洛伦兹力给带电粒子做圆周运动提供向心力]
[问题2]向心力的计算公式是什么?[F=mv2/r]
[教师推导]粒子做匀速圆周运动所需的向心力F=m是由粒子所受的洛伦兹力提供的,所以
qvB=mv2/ r由此得出r= T=可得T=
(2)、轨道半径和周期
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径及周期公式.
1、轨道半径r = 2、周期T =2πm/ qB
【说明】:
(1)轨道半径和粒子的运动速率成正比.
(2)带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期跟轨道半径和运动速率无关.
【讨论】:在匀强磁场中如果带电粒子的运动方向不和磁感应强度方向垂直,它的运动轨道是什么样的曲线?
分析:当带电粒子的速度分别为垂直于B的分量v1和平行于B的分量v2,因为v1和B垂直,受
到洛伦兹力qv1B,此力使粒子q在垂直于B的平面内做匀速圆周运动,v1和B平行,不受洛伦兹力,故粒子在沿B方向上做匀速曲线运动,可见粒子的运动是一等距螺旋运动.
r和进入磁场的速度无关,进入同一磁场时,r∝,而且这些个量中,u、B、r可以直接测量,那么,我们可以用装置来测量比荷或算出质量。
考点/易错点 3、质谱仪
1.试述质谱仪的结构.2.试述质谱仪的工作原理.3.什么是同位素?4.质谱仪最初是由谁设计的?5.试述质谱仪的主要用途.
1.质谱仪由静电加速极、速度选择器、偏转磁场、显示屏等组成.
2.电荷量相同而质量有微小差别的粒子,它们进入磁场后将
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