广东地区高中物理第三章磁场3.5研究洛伦兹力3.6洛仑兹力与现代技术教案粤教版选修.docx

3.5 研究洛伦兹力 3-6、洛仑兹力与现代技术知识与能力目标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垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动3 推导半径，周期公式并解决相关问题道德目标 培养学生热爱科学，探究科学的价值观教学重点 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 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的条件 对周期公式和半径公式的定性的理解。教学方法 在教师指导下的启发式教学方法教学用具 电子射线管，环行线圈，电源，投影仪，教学过程一 引入新课复习：1 当带电粒子以速度v平行或垂直射入匀强磁场后，粒子的受力情况； 2 回顾带电粒子垂直飞入匀强电场时的运动特点，让学生猜想带电粒子垂直飞入匀强磁场的运动情况。二新课1带电粒子垂直进入匀强磁场的轨迹（板书）提问：f洛 在什么平面内？它与v的方位关系怎样？f洛 对运动电荷是否做功？f洛 对运动电荷的运动起何作用？带电粒子在磁场中的运动具有什么特点？通过学生的回答，展开讨论，自己得出正确的答案，强化前面所学知识洛仑兹力产生条件，洛仑兹力大小、方向的计算和判断方法。结论：（板书）带电粒子垂直进入匀强磁场，其初速度v与磁场垂直，根据左手定则，其受洛仑兹力的方向也跟磁场方向垂直，并与初速度方向都在同一垂直磁场的平面内，所以粒子只能在该平面内运动。洛仑兹力总是跟带电粒子的运动方向垂直，它只改变粒子运动的方向，不改变粒子速度的大小，所以粒子在磁场中运动的速率是恒定的，这时洛仑兹力的大小f=Bqv也是恒定的。洛仑兹力对运动粒子不做功。洛仑兹力对运动粒子起着向心力的作用，因此粒子的运动一定是匀速圆周运动。2带电粒子在磁场中运动的轨道半径提问：带电粒子做匀速圆周运动时，什么力作为向心力？F心=f洛=Bqv （1）做匀速圆周运动的物体所受的向心力F心与物体质量m、速度v和半径r的关系如何？F心=mv2r （2）进而由学生自己推出讨论：粒子运动轨道半径与哪些因素有关，关系如何？质量不同电量相同的带电粒子，若以大小相等的速度垂直进入同一匀强磁场，它们的轨道半径关系如何？速度相同，荷质比不同的带电粒子垂直进入同一匀强磁场，它们的轨道半径关系如何？在同一磁场中做半径相等的圆周运动的氢、氦原子核，哪个运动速度大？3带电粒子在磁场中的运动周期提问：圆周长与圆半径有何关系？周长=2r圆周运动的周期与周长和速率的关系如何？推出带电粒子在磁场中的周期讨论：带电粒子在磁场中做圆周运动的周期大小与哪些因素有关？关系如何？同一带电粒子，在磁场中做圆周运动，当它的速率增大时，其周期怎样改变？速率不同、质量也不同的两带电粒子进入同一磁场做圆周运动，若它们的周期相同，则它们相同的物理量还有哪个？例1：一带电粒子的质量为m，电荷量为q，速率为v，它在磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，求轨道半径有多大？ 由 得 可知速度越大，r越大。 周期呢？由 得 与速度半径无关。实验：改变速度和磁感强度观测半径r。4质谱仪同的速度垂直进入同一匀强磁场，如图4，求它们运动的轨道半径之比是多少？别有：以上装置就是质谱仪，它可以很方便地帮助我们发现一些元素的同位素，或计算一些带电粒子的质量或荷质比。结论：1、带电微观粒子的质量很小，在磁场中运动受到洛伦兹力远大于它的重力，因此可以把重力忽略不计，认为只受洛伦兹力作用。2、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，洛伦兹力提供做向心力，只改变速度的方向，不改变速度的大小。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的匀强磁场中，最后打到照相底片上求：（）求粒子进入磁场时的速率（）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：Rmv/qB=m/qB= 例2、质谱仪原理如图2所示，a为粒子加速器，电压为U1；b为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为B1，板间距离为d；c为偏转分离器，磁感应强度为B2。今有一质量为m、电荷量为e的正电子（不计重力），经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做半径为R的匀速圆周运动，求（1）粒子的速度v为多少？（2）速度选择器的电压U2为多少?(3)粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R为多大？ B2B1b-+a图2 课堂小结带电粒子垂直进入匀强磁场时，受到一个大小不变而且始终与其速度方向垂直的洛仑兹力作用，此力对带电粒子不做功，只改变粒子的速度方向，不改变其速度大小，粒子将做匀速圆周运动，其轨道半径为r= mv/qB T=2r/V =2m/ qB5介绍回旋加速器的工作原理在现代物理学中，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？学生自己阅读教材。展示挂图（图3）。可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AA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，所以每隔相同的时间回到狭缝处，只要电源以相同周期变化其方向。就可使粒子每到狭缝处刚好得到正向电压而加速。利用带电粒子在磁场中作圆周运动的特点，可使带电粒子回旋，为使粒子每经过两极板时都得到加速，极板间需接上一个交变电压，每加速粒子一次，带电粒子运动速率和运动半径都会增加。提出问题：它运动的周期会变化吗？所接在两极板间的交变电