选修31第六章节第3节洛伦兹力的应用.docVIP

第六章第3节 洛伦兹力的应用 ［课时安排］： 1课时 ［教学目标： 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半径、周期公式，知道它们与哪些因素有关。 4、了解回旋加速器和质谱仪的工作原理。 （二）过程与方法 通过带电粒子在匀强磁场中的受力分析，灵活解决有关磁场的问题。 （三）情感、态度与价值观 通过本节知识的学习，充分了解科技的巨大威力，体会科技的创新与应用历程。 ［教学重点： ［教学难点： ［教学器材： ［教法： ［教学过程： 教师：（复习提问）什么是洛伦兹力？ 学生答：磁场对运动电荷的作用力 教师：带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？ 学生答：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。 教师：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。 （二）进行新课 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 教师：介绍洛伦兹力演示仪。如图所示。 教师：引导学生预测电子束的运动情况。 （1）不加磁场时，电子束的径迹； （2）加垂直纸面向外的磁场时，电子束的径迹； （3）保持出射电子的速度不变，增大或减小磁感应强度，电子束的径迹； （4）保持磁感应强度不变，增大或减小出射电子的速度，电子束的径迹。 教师演示，学生观察实验，验证自己的预测是否正确。 实验现象：在暗室中可以清楚地看到，在没有磁场作用时，电子的径迹是直线；在管外加上匀强磁场（这个磁场是由两个平行的通电环形线圈产生的），电子的径迹变弯曲成圆形。磁场越强，径迹的半径越小；电子的出射速度越大，径迹的半径越大。 讨论交流： （1）有磁场作用时，电子的运动轨迹是否可能为直线？ （2）电子为什么会做圆周运动？向心力由谁提供？ （3）什么情况下，电子会做螺旋运动？ 教师指出：当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时，电子受到垂直于速度方向的洛伦兹力的作用，洛伦兹力只能改变速度的方向，不能改变速度的大小。因此，洛伦兹力对粒子不做功，不能改变粒子的能量。洛伦兹力对带电粒子的作用正好起到了向心力的作用。所以，当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。 思考与讨论： 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，其轨道半径r和周期T为多大呢？ 出示投影片，引导学生推导： 一带电量为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？如图所示。 学生推导：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=m 由此得出r= ① 周期T=代入①式得 T= ② 师生互动、总结：由①式可知，粒子速度越大，轨迹半径越大；磁场越强，轨迹半径越小，这与演示实验观察的结果是一致的。 由②式可知，粒子运动的周期与粒子的速度大小无关。磁场越强，周期越短。 点评：演示实验与理论推导相结合，使学生从感性认识上升到理性认识，实现认识上的升华。 例题：书本P129页 二、回旋加速器和质谱仪 1．回旋加速器 教师：在现代物理学中，人们为探索原子核内部的构造，需要用能量很高的带电粒子去轰击原子核，如何才能使带电粒子获得巨大能量呢？如果用高压电源形成的电场对电荷加速，由于受到电源电压的限制，粒子获得的能量并不太高。美国物理学家劳伦斯于1932年发明了回旋加速器，巧妙地利用较低的高频电源对粒子多次加速使之获得巨大能量，为此在1939年劳伦斯获诺贝尔物理奖。那么回旋加速器的工作原理是什么呢？ 引导学生阅读教材有关内容，了解各种加速器的发展历程，体会回旋加速器的优越性。 课件演示，回旋加速器的工作原理，根据情况先由学生讲解后老师再总结。 在讲解回旋加速器工作原理时应使学生明白下面两个问题： （1）在狭缝A′A′与AA之间，有方向不断做周期变化的电场，其作用是当粒子经过狭缝时，电源恰好提供正向电压，使粒子在电场中加速。狭缝的两侧是匀强磁场，其作用是当被加速后的粒子射入磁场后，做圆运动，经半个圆周又回到狭缝处，使之射入电场再次加速。 （2）粒子在磁场中做圆周运动的半径与速率成正比，随着每次加速，半径不断增大，而粒子运动的周期与半径、速率无关，所以每隔相相同的时间（半个周期）回到狭缝处，只要电源以相同的周期变化其方向，就可使粒子每到狭缝处刚好得到正向电压而加速。 例题：书本P132页 2．质谱仪 教师引导学生对结果进行讨论，让学生了解有关质谱仪的知识。让学生了解质谱仪在科学研究中的作用。 （三）课堂总结、点评 教师活动：让学生概