富源六中谷春梅带电粒子在磁场中的运动导学案

课题课题带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动课型课型新授课新授课 教教 学学 目目 标标 一 知识目标 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 并会用它们解答有关问 题 4 知道质谱仪的工作原理 二 能力目标 1 通过讨论带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动 培养学生的分析综合能力 2 通过推导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 培养学生的理解 能力和推理能力 三 德育目标 通过讲述带电粒子在科技 生产与生活中的典型应用 培养学生热爱科学 致力于科学研究 的价值观 教学教学 重点重点 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 并能用来分析解决有关问题 教学教学 难点难点 1 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的条件 2 对周期公式和半径公式的定性理解 3 对速度选择器和质谱仪的工作原理的理解和掌握也是本节的重点和难点 学法学法 指导指导 自主阅读 合作探究 精讲精练 教教 学学 过过 程程 师师 生生 互互 动动 补充内补充内 容或错容或错 题订正题订正 预习导学预习导学 下图是洛伦兹力演示仪 阅读教材 99 页和看甲 乙两图 回答下列问题 1 甲 乙两图中电子分别受哪些力的作用 2 乙图中 电子做圆周运动 什么力来提供向心力 3 向心力公式 Fn 一 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 1 带电粒子在磁场中运动时 若 粒子处于 0 0 v0 洛 f 若 则粒子做 Bv 0 洛 f 2 若速度方向与磁感线垂直 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动 洛伦兹力提供向心 力作用 即 R v mqvB 2 3 洛伦兹力的特点 二 带电粒子在匀强磁场中运动问题的分析思路二 带电粒子在匀强磁场中运动问题的分析思路 1 轨迹的确定 轨迹的确定 带电粒子垂直进入匀强磁场时 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动 洛伦兹力提供向心力 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的条件 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的条件 自主练习 1 如图所示一电子以速度 v 垂直射入磁感应 强度为 B 宽度为 d 的匀强磁场中 穿透磁场时 速度方向与电子原来入射方向夹角为 30 则电 子做圆周运动的半径为 电子的质量为 2 图中 MN 表示真空室中垂直于纸面的平板 它的一侧 有匀强磁场 磁场方向垂直于纸面向里 磁感应强度大 小为 B 一带电粒子从平板上狭缝 O 处以垂直于平板的 初速 v 射入磁场区域 最后到达平板上的 P 点 已知 B v 以及 P 到 O 的距离 l 不计重力 求此粒子的电荷 e 与质量 m 之比 2 圆心得确定方法 圆心得确定方法 3 半径的确定和计算 周期的计算 半径的确定和计算 周期的计算 4 在磁场中运动时间的确定 在磁场中运动时间的确定 利用圆心角与弦切角的关系 或者是四边形内角和等于 360 计算 出圆心角的大小 由公式 t T 可求出运动时间 有时也用 360 弧长与线速度的比求出 t 如图所示 还应注意到 速度的偏向角等于弧 AB 所对的圆心角 偏向角与弦切角的关系为 2 巩固练习 1 2011 年辽宁锦州模拟 如图所示 圆柱形区域的横截面在没有磁场 的情况下 带电粒子 不计重力 以某一初速度沿截面直径方向入射时 穿过此区域的时间为 t 若该区域加沿轴线方向的匀强磁场 磁感应强 度为 B 带电粒子仍以同一初速度沿截面直径入射 粒子飞出此区域时 速度方向偏转了 3 根据上述条件可求得的物理量为 A 带电粒子的初速度 B 带电粒子在磁场中运动的半径 C 带电粒子在磁场中运动的周期 D 带电粒子的比荷 高考资源网高考资源网 2 如图所示 在半径为 r 的圆形区域内 有一个匀强磁场 一带电粒子以 速度 v0从 M 点沿半径方向射入磁场区 并由 N 点射出 O 点为圆心 MON 120 时 求 带电粒子在磁场区域的偏转半径 R 及在磁场区域中 的运动时间 3 如图所示 在垂直纸面向里的匀强磁场的边界上 有两个质量和电量均相同的正 负离 子 从 O 点以相同的速度射入磁场中 射入方向均与边界成角 若不计重力 关于正 负 离子在磁场中的运动 下列说法正确的是 A 运动的轨道半径不相同 B 重新回到边界的速度大小和方向都相同 C 重新回到边界的位置与 O 点距离不相同D 运动的时间相同 结论结论 三 带电粒子在复合场中的运动三 带电粒子在复合场中的运动 1 完成教材 98 页第 3 题 1 1 速度选择器速度选择器 原理 如图所示 由于所受重力可忽略不计 运动方向相同而速率不 同的正粒子组成的粒子束射入相互正交的匀强电场和匀强磁场所组成的 场区中 已知电场强度为B 方向垂直于纸面向里 若粒子运动轨迹不 发生偏转 重力不计 必须满足平衡条件 qBv qE 故v B E 这样就 把满足v B E 的粒子从速度选择器中选择出来了 2 2 质谱仪质谱仪 用途 质谱仪是一种测量带电粒子质量和分离同位素的仪器 原理 如图所示 离子源S产生质量为m 电荷量为q的正离子 重力不 计 离子出来时速度很小 可忽略不计 经过电压为U的电场加速后进入 磁感应强度为 B 的匀强磁场中做匀速圆周运动 经过半个周期而达到记录它 的照相底片P上 测得它在P上的位置到入口处的距离为L 求 粒子进入磁场时的速度粒 子的质量 例题例题 1 图是质谱仪的工作原理示意图 带电粒子被加 速电场加速后 进入速度选择器 速度选择器内相 互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为 B 和 E 平板 S 上有可让粒子通过的狭缝 P 和记录粒子位置 的胶片 A1A2 平板 S 下方有强度为 B0的匀强磁场 下列表述正确的是 A 质谱仪是分析同位素的重要工具 B 速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 C 能通过的狭缝 P 的带电粒子的速率等于 E B D 粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝 P 粒子的荷质比越小 3 3 回旋加速器回旋加速器 组成 两个D形盒 大型电磁铁 高频振荡交变电压 D型盒间可形成电压U 作用 加速微观带电粒子 原理 电场作用是加速带电粒子 磁场作用是使带电粒子偏转改变运动方向 金属盒既可 当交流电源的电极 又可以屏蔽外界电场 条件 带电粒子在磁场中作匀速圆周运动的周期等于交变电压周期 带电粒子在 D 形金属盒内运动的轨道半径是不等距分布的 粒子第 n 次 进入 D 形金属盒 的半径为 rn 粒子第第 n 1 次进入 D 形金属盒 时的轨 道半径 rn 1 n rn 1 可见带电粒子 2 21 m nqU qB 2 21 m nqU qB 1 21 21 n n rn r n 在 D 形金属盒内运动时 轨道是不等距分布的 带电粒子最终的能量 例题 2 2011 年深圳模拟 1932 年劳伦斯制成了世界上第一台回 旋加速器 其原理如图所示 这台加速器由两个铜质 D 形盒 D1 D2构成 其间留有空隙 下列说法正确的是 A 离子由加速器的中心附近进入加速器 B 离子由加速器的边缘进入加速器 C 离子从磁场中获得能量 D 离子从电场中获得能量 例 3 在平面直角坐标系xOy中 第 象限存在沿y轴负方向的匀强电场 第 象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场 磁