1.4 质谱仪与回旋加速器（导学案）（教师版） 高二物理同步高效课堂（人教版2019选择性必修第二册）.pdf

第3节带电粒子在匀强磁场中的运动

导学案

【学习目标】

1.了解质谱仪和回旋加速器的工作原理。

2.经历质谱仪工作原理的推理过程，体会逻辑推理的思维方法。了解回旋加速器面临的技术难题，体会科学

与技术之间的相互影响。

【学习重难点】

1、教学重点：质谱仪与回旋加速器的工作原理

2、教学难点：如何分离不同的带电粒子以及如何获得高能粒子

【知识回顾】

一、带电粒子的加速

1．基本粒子的受力特点：对于质量很小的微观粒子，如电子、质子等，它们受到重力的

作用一般远小于静电力，故可以忽略。

2．带电粒子的加速

(1)运动分析：带电粒子从静止释放，将沿电场力方向在匀强电场中做匀加速运动。

12qU

2

(2)末速度的大小：根据qU＝mv，得v＝。

2m

二、带电粒子的偏转

1．如图所示，质量为m、带电荷量为q的基本粒子(忽略重力)，以初速度v0平行于两极

板进入匀强电场，极板长为l，极板间距离为d，极板间电压为U。

(1)运动性质

①沿初速度方向：速度为v0的匀速直线运动。

②垂直v0的方向：初速度为零的匀加速直线运动。

(2)运动规律

lqU

①偏移距离：因为t＝，a＝，所以偏移距离

v0md

1qUl2

2

y＝at＝。

22

2mv0d

qUl

②偏转角度：因为v＝at＝，所以

ydm()

v0

vyqUl

tanθ＝＝。

2

v0dmv0

三、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期

1．带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径

(1)粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径与它的质量、速度成正比，与电荷量、磁感应强度成反比。

mv

(2)公式：r＝。

qB

2．带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期

(1)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期跟轨道半径和运动速度无关。

2πm

(2)公式：T＝。

qB

【自主预习】

一、质谱仪

1．原理：如图所示，带电粒子经加速电场加速后垂直于磁场方向进入匀强磁场，最后打在照相底片上，不

同质量的粒子在照相底片上位置不同。

12qU

2

2．加速：带电粒子进入质谱仪的加速电场被加速，由动能定理得mv＝qU，由此可知v＝。

2m

2

mv

3．偏转：带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，洛