富源六中谷春梅带电粒子在磁场中的运动导学案.doc

课题带电粒子在匀强磁场中的运动课型新授课教学目标一、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。学法指导自主阅读、合作探究、精讲精练教 学 过 程 师 生 互 动补充内容或错题订正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1 带电粒子在磁场中运动时，若 粒子处于 若 则粒子做 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：，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1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： 、 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：3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：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：三、带电粒子在复合场中的运动1.完成教材98页第3题1.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：qBvqE，故v，这样就把满足v的粒子从速度选择器中选择出来了.2.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/BD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.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，磁感应强度为B.一质量为m、电荷量为q的带正