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《带电粒子在匀强磁场中的运动》教案
高中物理新课标选修3-1第三章第六节
《带电粒子在匀强磁场中的运动》教案
【教学目标】
(一)主要目标
1.理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度方向垂直时,在匀磁场中做匀速圆周运动
2.熟练掌握带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动的基本规律
3.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,会解答有关问题
4.知道质谱仪的工作原理旋加速器的基本构造、工作原理及用途
(二)同时目标
1.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。
体会物理知识的实际应用。
【教材分析】
本节是本章知识的重要应用之一,是力学知识和电学知识的综合。 通过对本节知识的学习,学生能够把和力学知识有机地结合起来,加深对力、知识的理解,有利于培养学生用物理规律解决实际问题的能力
【教学重点】
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式和周期公式,并能用来解决有关问题。
【教学难点】
1.带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动的基本规律。qvB=mv2/r
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.
分析法、讲练法
【教学用具】
多媒体
【教学过程】
复习引入
教师活动:匀速圆周运动受力有什么特点?向心力大小公式?速度有什么特点?
学生活动:做匀速圆周运动的物体受力合力指向圆心,F=mv2/r,速度大小不变,方向不断改变。[来源:学科网]
学生活动:当带电粒子的速度与磁场方向平行时,带电粒子不受洛念伦兹力。
教师活动:洛伦兹力的大小怎么计算?
学生活动:F=qvBsinθ
教师活动:洛伦兹力的方向如何确定?
学生活动:左手定则
教师活动:洛伦兹力有什么特点?
学生活动:对运动电荷不做功,不改变速度大小只改变速度方向。
引入:带电粒子进入匀强磁场时做什么运动呢?今天我们来—带电
粒子在匀强磁场中的运动
一.带电粒子在匀强磁场中的运动(重力不计)
1.带电粒子平行射入匀强磁场的运动状态?
学生分析得出结论:——匀速直线运动
2.带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态?
理论分析:首先回顾匀速圆周运动的特点:速率不变,向心力和速度垂直且始终在同一
平面,向心力大小不变始终指向圆心。带电粒子在匀强磁场中的运动时速度、
受力否符合上面3个特点。
得出猜想:带电粒子垂直射入匀强磁场后做——匀速圆周运动。
3.在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径r和周期T,v、磁场强度B的
关系?
(1)圆周运动的半径 qvB=/R R=mv/qB
(2)圆周运动的周期 T==2πR/v T=2πm/Bq
教师总结:
①同一粒子在相同磁场中半径跟速率成正比。
②同一磁场周期与r和v均无关,而与比荷q/m成反比。
实验验证1—洛伦兹力演示仪
结构:
①电子枪:射出电子
②加速电场:作用是改变电子束出射的速度
③励磁线圈:作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈中心的连线的匀强磁场
(2)实验结论:
①沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子,在匀强磁场中做匀速圆周运动。
②磁场强度不变,粒子射入的速度增加,轨道半径也增大。
③粒子射入速度不变,磁场强度增大,轨道半径减小。
实验验证2
图片:带电粒子在汽泡室运动径迹的照片。有的粒子运动过程中能量降低,速度
减小,径迹就呈螺旋形。
结论:沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子,在匀强磁场中做匀速圆周运动。
例1:一个质量为m、电荷量为q的粒子,从容器下方的小孔S1飘入电势差为U的加
速电场,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)求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
解:由动能定理得:qU = mv2 /2, 解得:
粒子在磁场中做匀速圆周运动得半径为:
R=mv/qB=m/qB=
教师引导分析:由例1的结果可知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,这就是质谱仪。
二.实际应用
1.质谱仪
质谱仪最初是由汤姆生的学生阿斯顿设计的,他用质谱仪发现了
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