第三章第6节《带电粒子在匀强磁场中的运动》导学案

1、做匀速圆周运动的条件运动的半径公式和周期公式。3. 能够用学过的知识分析、计算有矢带电粒子在匀强磁场中受力、运动的问题。4. 了解质谱仪和回旋加速器的工作原理。*知识记忆与理解课时35带电粒子在匀强磁场中的运动；帕此他r比%课程学习目标1. 通过实验探究带电粒子沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场中的运动。2通过理论分析带电粒子在匀强磁场中会 ,并能用学过的知识推导岀匀速圆周第一层圾耐区-不林讲.豹识徉系梳理1. 带电粒子在匀强磁场中的运动(1 )洛伦兹力的特点：洛伦兹力总是与速度方向，因此洛伦兹力不改变带电粒子速度的,不对带电粒子，也就不改变其®。(2) 沿着与磁场的方向射入磁场的带电

2、粒子，在磁场中做匀速圆周运动，由力提供向心力。2. 质谱仪质谱仪是通过测量带电粒子在匀强中做匀速圆周运动时轨道的来计算粒子的或的仪器。3. 回旋加速器(1)原理：回旋加速器利用-控制轨道，利用进行加速。优点：可以大大国加速器装置所占的空间。思维探究与创新- 爭爭a 不沒不讲J(3) 缺点：带电粒子的能量达到MeV后，就很难再加速。第二层级41 ;卜；A小: A養点难点探究 主题1：实验一一观察带电粒子在匀强磁场中的运动规律用洛伦兹力演示仪观察运动电子在匀强磁场中的运动，回答下列问题。(1) 由实验可以看出电子束径迹的半径r与磁感应强度B和电子速度V有什么矢系?，速度减小，径迹(2)教材图3.

3、6-3(带电粒子在气泡室运动径迹的照片。有的粒子运动过程中能量降低就呈螺旋形)中的带电粒子的径迹为什么有很多不是圆周而是螺旋形？主题2:理论探究带电粒子在匀强磁场中的运动规律阅读教材中“带电粒子在匀强磁场中的运动”标题下的内容，回答下列问题。(1) 沿着与磁场垂直的方向射入的带电粒子在匀强磁场中做什么运动？其所受洛伦兹力起什么作用？(2) 质量为m电荷量为q的粒子以速度V垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中时，粒子运动径迹的半径r和周期T是多少？主题3:质谱仪的原理阅读教材中本节例题以及相矢内容 ，回答下列问题(1)如果从离子源产生的离子经电场加速后，不是直接进入磁场而是由小孔进入一个速度选择器

4、，再进 磁场，如图所示，你知道速度选择器的工作原理 入9吗弘: 冷注十(2)如果带电粒子的电荷量相同而质量不同为什么？主题4:回旋加速器阅读教材中“回旋加速器”标题下面的内容，回答下列问题。(1) 回旋加速器两端所加的交流电压的周期由什么决定？(2) 有同学说：“回旋加速器两D形电极间所加交变电压越大，带电粒子最后获得的能量越高 ？ ”你认为该 同学的说法正确吗？为什么？如技链应用与拓展、'基础智能检测1. 一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场，粒子的一段径迹如图所示，径迹上的每小段都可以近似看成圆弧，由于带电粒子使沿途空气电离，粒子的能S逐渐减小(带电荷S不变)，从图中情况可

5、以确定()XXXX/A粒子从a到b,带正电B. 粒子从b到a,带正电C粒子从a到b,带负电D粒子从b到a,带负电2. 处在匀强磁场内部的两个相同的电子A和B分别以速率V和2V垂直射入匀强磁场，经偏转后，先回到原来出发点的是0A.A先到达B.同时到达C.B先到达D.无法判断3 .如图所示，在两个不同的匀强磁场中，磁感应强度矢系为 B=2B2,当不计重力的带电粒子从 B磁场区域运动 到B2磁场区域时，粒子的()。A. 速率将加倍B. 轨迹半径将加倍C周期将加倍D角速度将加倍4. 1930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。这台加速器由两4铜质D形盒D、D2 构成,其间留有空隙。

6、下列说法正确的是()。A.B.c.离子由加速器的中心附近进入加速器离子由加速器的边缘进入加速器离子从磁场中获得能量D.离子从电场中获得能量拓展一、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的分析方法1 电子质量为m电荷量为q,以与X轴成0角的速度V。射入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后落在x轴上的 P点，如图所示。求：(1) 0P的长度。(2) 电子由0点射入到落在P点所需的时间to-rK»拓展二、质谱仪的工作原理分析2. 图示为质谱仪的原理示意图,A为粒子加速器，电压为U； B为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为B,板间距离为d;C为偏转分离器，磁感应强度为R。今有一质量为m电荷量

7、为q的正离子经加速后胎好通过速度选择器，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Vo(2) 速度选择器的电压U。粒子在B磁场中做匀速圆周运动的半径Ro(3)'1卜*2L1* C* 乂 R * $XXXMX X X X拓展三、回旋加速器的问题分析3. 有一回旋加速器，它的交流电压的频率为m=3.34XI0-27kg,电荷量 q=1.6X10i9C,问：(1) 加速氛核时所需要的磁感应强度为多大1.2 X107 Hz,半圆形D盒电极半径为0.532 m,已知氛核的质 量(2) 気核能达到的最大速度是多大？最大动能是多少？(计算结果保留3位有效数字)L结评价与反思*羊七

8、专te.思维导图构建带电粒子在匀强Mr时茴苏不受泮伦鑫力)砂_£时一匀連圆周运动瓷乎二周朋T=，宜用一质睹仪、回淀加連漲磁场中的运动答案课时3. 5带电粒子在匀强磁场中的运动知识体系梳理垂直大小做功®能S垂直匀强洛伦兹磁场半径比荷质量：-磁场悝却电场网缩小2530 重点难点探究主题1:(1)由实验可以看出，当电子速度V-定时，电子束径迹的半径r随磁感应强度B的增大而减小；当磁感应强 度B一定时，电子束径迹的半径r随电子速度V的增大而增大。(2)这是由于带电粒子在运动的过程中要克服阻力，使其能S降低，速度减小，因此径迹的半径减小。主题2:(1)沿着与磁场垂直的方向射入的带电粒

9、子在匀强磁场中做匀速圆周运动，其所受洛伦兹力起向心力的作用。(2)由于洛伦兹力提供向心力 所以qvB=m,得粒子运动径迹的半径 r=:又由T= 得粒子运动周期主题3:(1)工作原理：如图所示，带电粒子所受重力可忽略不计，粒子在两板间同时受到静电力和洛伦兹力作用，只有 当二力平衡时，粒子才不发生偏转，沿直线穿过两板间。由qE=qvB得v,只有满足v的粒子才能从速度选择器中被选择出来。，由半径公式可知,q、v、B相同而m不同(2)不相同。带电粒子经速度选择器后以相同的速度进入磁场的粒子，半径一定不同。主题4:(1)为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速 ，使之能量不断提高，交流电压的周期必须等于带

10、电粒 子在回旋加速器中做匀速圆周运动的周期。因此 ，交流电压的周期由带电粒子的质量m带电荷量q和加速 器中磁场的磁感应强度B来决定。mv21沪，(2)不正确。由qvB= 和压二mv得Ek=。当匸R时，有最大动能，E= ) (R为D形盒的半径)，即粒子在回旋加速器中获得的最大动能与q、mBR有矢，与加速电压无矢。事实上，只要q、mBR-定，加速电压越大，只是单次加速获得的动能越大，但从全过 程来看，粒子被加速的次数减少了，粒子获得的最高能量不变。基础智能检测1. B2. B3. BC4 AD全新视角拓展2(im2ivo1.(1) Bq sin0【解析】（1）过0点和P点作速度方向的垂线，两线交点C即为电子在磁场中做匀速圆周运动的圆心 示。OP=R sin e21Bqv=m n联立解得：0P= sinOo (2)由图可知：2 0 = cot Vo=wR20m联立解得：t=2. （1八用B制皿（3卸：【解析】（1）粒子经加速电场U加速，获得速度V,由动能定理得11qU= mV解得:7=（2）粒子在速度选择器中做匀速直线运动，静电力与洛伦兹力平衡得：Eq=qvB（3）粒子在B中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，则有:qBv=m：D I I femu-解得：R= . I 。3. 1.57 T協h. oL 10 m/s