《带电粒子在匀强磁场中的运动》教案.doc

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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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