带电粒子在磁场中运动的教案.docVIP

带电粒子在磁场中的运动 【教学目的】 知识目标1、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度方向垂直时，做匀速圆周运动．2、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．能力目标通过推理、判断带电粒子在磁场中的运动性质的过程，培养学生严密的逻辑推理能力． 情感目标培养学生对物理的学习兴趣．α粒子等带正负电荷的粒子，我们这节课一起来研究正、负粒子在磁场中的运动规律。 板书：带电粒子在磁场中的运动规律。 二、分析论证，得出结论 师：研究带电粒子在磁场中的运动规律应从哪里着手呢？我们知道，物体的运动规律取决于两个因素：一是物体的受力情况；二是物体具有的速度，因此，力与速度就是我们研究带电粒子在磁场中运动的出发点和基本点。 黑板上画的粒子，其速度及所受洛伦兹力均已知，除洛伦兹力外，还受其他力作用吗？严格说来，粒子在竖直平面内还受重力作用，但通过上节课的计算，我们知道，在通常情况下，粒子受到的重力远远小于洛伦兹力，所以，若在研究的问题中没有特别说明或暗示，粒子的重力是可以忽略不计的，因此，可认为黑板上画的粒子只受洛伦兹力作用。 为了更好地研究问题，我们今天来研究一种最基本、最简单的情况，即粒子垂直射入匀强磁场，且只受洛伦兹力作用下的运动规律。 板书：1、速度V垂直于磁场B 2、只受洛伦兹力 F 下面，我们从洛伦兹力与速度的关系出发，研究粒子的运动规律。洛伦兹力与速度有什么关系？ 第一、洛伦兹力和速度都与磁场垂直，洛伦兹力和速度均在垂直于磁场的平面内，没有任何作用使粒子离开这个平面。因此，粒子只能在洛伦兹力与速度组成的平面内运动，即垂直于磁场的平面内运动。 第二、洛伦兹力始终与速度垂直，不可能使粒子做直线运动，那做什么运动？这个问题请同学们回答。 生：匀速圆周运动。因为洛伦兹力始终与速度方向垂直，对粒子不做功，根据动能定理可知，合外力不做功，动能不变，即粒子的速度大小不变，但速度方向改变；反过来，由于粒子速度大小不变，则洛伦兹力的大小也不变，但洛伦兹力的方向要随速度方向的改变而改变，因此，带电粒子做匀速圆周运动。 师：说得好，下面请同学们观看纸板模型演示（剪两片硬纸板，在表示正、负粒子的圆板中央挖一个可插入粉笔的小孔，把表示负粒子的模型按在黑板的相应位置上，使纸片上画的负粒子与黑板上画的负粒子对准，在小孔里插入粉笔，教师边讲解粒子做匀速圆周运动的原因，边操作纸板绕固定转动，画出粒子的圆形运动轨迹）。 师：分析推理得出的结果是否正确呢？最好的方法就是用实验来验证。 教师介绍洛伦兹力演示仪的构造、原理，然后操作演示不加磁场和加磁场两种情况下，电子射线的径迹。 师：从演示中，同学们观察到的现象是什么？ 生：在不加磁场的情况下，电子射线的径迹是直线；在加垂直于速度的匀强磁场情况下，电子射线的径迹是圆。 师：对，这就证明了上述的分析、推理是正确的。到此，我们就可下结论了：带电粒子垂直身入匀强磁场，在只受洛伦兹力作用的情况下，粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动。 板书: 带电粒子做匀速圆周运动 师：既然粒子是做匀速圆周运动，那么它的圆心在哪里？半径有多大？周期是多少呢？这就是我们要进一步讨论的问题。从上面纸板模型的演示中，你能看出粒子做匀速圆周运动的圆心在哪儿吗？ 生：在纸板的固定点，即洛伦兹力作用线的交点上。 师：对，圆心一定在洛伦兹力作用线的交点上，正因为此，解题时可通过作两洛伦兹力作用线的交点来确定圆心。 板书：圆心：洛伦兹力作用线的交点。 师：半径、周期应怎样确定？根据做匀速圆周运动的基本条件，洛伦兹力可提供所需的向心力，由此可确定半径、周期。 板书： 轨道半径 r ，洛伦兹力提供向心力 ｑＢ可知，当进入磁场的粒子确定后，其半径 ｒ与ｖ成正比，与Ｂ成反比，这一规律可用实验来验证。 通过改变洛伦兹力演示仪的加速电压和磁场电流，定性验证 ｒ与ｖ、Ｂ的关系。 师：由周期表达式 Ｔ＝２,ｍ ｑＢ可知，周期 Ｔ与 ｖ、ｒ无关，这是一个非常重要的规律，遗憾的是我们无法用实验验证它，但对这个规律必须有一个正确的理解。 凭经验我们知道，跑步比赛时，跑得越快经历的时间就越短。为什么带电粒子在磁场中运动的时间与 ｖ、ｒ无关呢？它与跑步比赛有何不同呢？ 生：跑步比赛时，跑的是大小相等的圈，速度越大，时间就越短。而粒子在磁场中运动的圆大小是随速率的增大而增大的。从半径公式可知：速度增大一倍，半径也增大一倍，圆周长也增大一倍，所以周期不变因此带电粒子在磁场中的运动周期与 ｖ、ｒ无关。 板书：Ｔ与 ｖ、ｒ无关。 三、巩固练习，反馈矫正 师：当然，静止的粒子不受洛伦兹力作用，不会运动起来，则无周期可言。周期是对运动的粒子而言的。那么粒子的运动速度又是怎样获得的呢？ 一般粒子的速度是通过电压加