带电粒子在电磁和磁场中的运动

1、精品资源试验班教案带电粒子在电场和磁场中运动的应用教学目的1、能了解荷质比的测定方法。2、能了解质谱仪、速度选择器、回旋加速器的基本构造及原理。3、能够运用带电粒子在磁场中运动的规律来解决有关实际问题。教学重点运用带电粒子在磁场中运动的规律来解决有关实际问题。教学难点回旋加速器中带电粒子运动速度、周期与加速电场周期的关系。教学方法提问、讨论法教学手段多媒体辅助教学教学过程一、复习提问1、带电粒子垂直进入某一匀强磁场，其受力情况如何？运动轨 迹如何？2、带电粒子在磁场中作匀速圆周运动，其轨道半径、周期分别由什么来决定？二、引入新课带电粒子在磁场中的运动有哪些应用呢？若空间同时存在电场与 磁场，带

2、电粒子的运动又会受到什么影响呢？三、讲授新课（一）、荷质比的测定、质谱仪1、荷质比的概念：带电粒子的电荷与质量之比。它是带电粒子 的基本参量。提问提问板书板书2、确定荷质比的意义：欢迎下载在电场和磁场中，带电粒子受到的力与电量成正比，得到的加速度 与粒子的质量成反比，因而粒子的运动情况依赖于粒子的荷质比。这样 ,我们确定了粒子的荷质比，就可研究带电粒子在电场和磁场中的运动情况；反之由粒子的运动情况也可求出粒子的荷质比。3、测定荷质比的装置:ali多媒体展现sia :电离室s2s1 s2:加速电场s2-s3：速度选择器s3dbb :匀强磁场d:照相底片1）、粒子进入电离室，电离成正负离子;几乎为

3、零，由动能定理可知，粒子离开加速电场从孔s 2出来所获得多媒体摸拟动态过程并讲解、板书2）、正离子由孔飘出，从缝 s1进入加速电场，设加速电场两极板间的电势差是 u,粒子所带的电量是 q,粒子进入缝si时速度很小,的动能是 mv2/2=qu3）、粒子以速度v由小孔s3进入匀强磁场作匀速圆周运动,mv2/r=bqv由（1）和（2）式得：q/m=2u/b2r2上式右方的各物理量都可以由实验测出来。即微观量的大小可以通过宏观量的测定而得到的。4、电子就是通过测定荷质比而被发现的。板书5、测定荷质比的装置一一质谱仪（最初由汤姆生发现的）6、质谱线：从离子源中射出的带电粒子的电量相同，而质量有微小差别，

4、由公式 q/m=2u/b2r2,它们进入磁场后将沿不同的半径做圆周运动，打在照相底片的不同位置，在底片上形成若干谱线条的细条，叫 质谱线。得用质谱线可以准确地测出各种同位素的原子量。欢迎下载（二）、速度选择器1、原理示意图离子从小孔si飘出来时速度并不相同，因此经加速电场加速后，从缝s3进入匀强磁场中速度也不同，这对实验有 一定的影响。于是人们在缝 s2和缝s3之间加一速度选择器。其中di和d2是其间有一定的电场强度巳同时在这空间加有垂直电场方向的磁场,板书多媒体摸拟 动态过程并 讲解磁感应弓11度为b。不同速率的粒子进入混合场，运动轨迹不同。2、原理：4*f=eqf=bqv板书若bqveq

5、,粒子向右偏转；若bqv 一,一 .、 强度为b ,匀强磁场的磁感应强度为b,粒子射到了照多媒体摸拟 动态过程并 讲解两个平行金属板，分别连电源的两极上，精品资源相底片上，使底片感受光，设底片感光处距s3的距离为x,试证明 x=qbb x/2e.板书（三卜回旋加速器1、不是利用高压电源使粒子一次性得到巨大的速度，而是利 用电压较低的高频电源，使粒子每隔一定的时间受到一次加速，经 过多次加速后达到巨大速度。2、回旋加速器的主要构造多媒体摸拟 动态过程回旋加速器的核心部分是两个 d形的金属扁盒，这两个 d形盒就象是沿着直径把一个圆形的金属扁盒切成两半，两个d形盒之间留一个窄缝，在中心附近放有粒子源

6、。d形盒装在真空容器中，整个装置放在巨大电磁铁的两极之间，磁场方向垂直于d形盒的底面。两个d形盒分别接在频率为的高频电源的两极上，就在d形盒的窄缝之间造成交变电场，这样粒子源发出的带电粒子就不断加速。带电粒子在d形盒内沿螺旋线逐渐趋于盒的边缘，达到一定的速率后，多媒体摸拟 动态过程用特殊装置把它们引出。3、工作原理多媒体摸拟动 态过程，并分 过程、一步一 步讨论1 ） a 0处放一粒子源，带正电的粒子以某一速率vo垂直进入匀强磁场，在磁场中作匀速圆周运动，经过 t/2 ,沿圆弧a0a1到达a 12）在a1a处造成一个向上电场，使其加速，速率由 vo增加到加速后，速率为 v2。v1,粒子以v1在

7、磁场中做匀速v5圆周运动，虽然粒子的运动半径a5随速率的增大而增大，但周期与a5速率、半径无关，所以经过 t/2沿半圆弧a1 a2到达a2。3）在a2 a2处造成一向下电经欢迎下载3）如此继续下去，每当粒子运动到 ai、a3、a5有一向上电场 加速，每当粒子运动到 a2、a4、a6处有一向下电场加速，粒子沿着螺 线回旋下去， 速率将一步一步地增大。4、说明：要保证粒子沿着螺线回旋下去，速率一步一步地增大， 交变电场的周期必须与粒子作匀速圆周运动周期相等。四、总结教师总结本节课共讨论了三个主要应用，分别是质谱仪、速度选择器和回 旋加速器，要掌握它们的原理，只要明确带电粒子在电场和磁场的运 动规律

8、即可。五、布置作业学习指导书的相应练习杨文兵一九九九年十二月课堂检测1、数颗带电粒子从静止开始经同一电场加速后进入同一匀强磁场中，其速度方向均与磁场垂直。这些粒子在磁场中做圆周运动的半径均相同，则它们在磁场中具有-a）相同的动量大小b）相同的动能c）相同的荷质比d）相同的周期2、具有相同速度的质子、 笊核和a粒子垂直于磁场方向飞入同一匀强磁场中，则a）它们的轨道半径之比为1:2:2b）它们的向心加速度之比为2:1:1c）它们的向心力之比为 1:1:2d）它们的周期之比为1:2:23、如图所示的是速度选择器示意图，若要正常工作，则以下论述正确的是a ） p1的电势必须高于 p2的电势b）磁感应强度 b、电场强度e和被选择的粒子速率 v应满足v=be&一，八i ，4八i4p1c）从s2出来的只能是正电荷，不能是负电荷xx