高二物理选修3136带电粒子在匀强磁场中的运动

1、教 案2年6班 课题带电粒子在匀强磁场中的运动课型新课组长签字教学目标知识与技能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.知道质谱仪的工作原理。过 程与方 法1通过综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在电场和磁场中的运动问题。2培养学生的分析推理能力。情感态度与价值 观通过对本节的学习，了解科技成果对人类进步产生的影响。重 点带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期公式，并能用来分析有关问题。难 点1带电粒子进入匀强磁场时的受力分析与

2、运动分析。2初步运用力学知识、电磁学知识分析带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动问题。教学器材洛伦兹力演示仪、多媒体，投影仪。教学方法提问、讨论、讲解、实验演示、练习反馈。复习提问1什么是洛伦兹力？ 2洛伦兹力的公式？3洛伦兹力的方向如何确定？4洛伦兹力有什么特点？情境设计带电粒子进入匀强磁场时会做什么运动呢？今天我们来学习带电粒子在匀强磁场中的运动。 说明：本节课研究的带电粒子为质子，电子，原子核等基本粒子，它们的质量极小，重力可忽略不计。提出问题：思考：带电粒子射入匀强磁场时，有几种可能的情况？ 1带电粒子的速度方向与磁场方向平行。 2带电粒子的速度方向与磁场方向垂直。 3带电粒子的速度方向

3、与磁场方向成一定夹角。从理论上分析在这几种情况下，带电粒子进入磁场时的受力情况和运动情况又是什么样的呢？ 1 当速度平行于磁场方向时：f洛=0，粒子做匀速直线运动，轨迹是一条直线。实验验证：投影：介绍洛伦兹力演示仪的结构和工作原理。实验现象 在暗室中可以清楚地看到，在没有磁场作用时，电子的径迹是直线；当磁场与粒子的速度方向垂直时，观察带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹也是直线。2 当速度垂直于磁场方向时：学生思考：带电粒子受到什么力的作用？ 这个力的方向和粒子的速度方向存在什么关系？粒子所受的力做功吗？ 这个力对电子的运动有什么作用？要明确所研究的物理现象的条件：在匀强磁场中垂直于磁场方向运动的带

4、电粒子。分析带电粒子的受力情况，用左手定则明确带电粒子初速度与所受到的洛伦兹力在同一平面内，所以只可能做平面运动。洛伦兹力的方向总是与速度方向垂直，洛伦兹力不对运动的带电粒子做功，因此带电粒子的速率不变，洛伦兹力的大小也不变，这个洛伦兹力的作用效果是改变粒子运动速度的方向，根据牛顿第二定律，洛伦兹力使运动的带电粒子产生向心加速度，沿着垂直速度方向的洛伦兹力起到了向心力的作用，由此判断带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。（投影演示洛伦兹力作用下带电粒子的速度偏转情况，帮助学生分析带电粒子的运动情况。） 实验现象：加上匀强磁场，电子的径迹由直线变为圆周。验证前面的分析结论。 既然VB时，带电粒子的

5、运动轨迹是圆周，粒子做圆周运动的向心力必然是由洛伦兹力充当的。则由f洛=F向可得：qvB=mv2/r 由得： 【说明】 (1)轨道半径和粒子的运动速率成正比。 (2)带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期跟轨道半径和运动速率无关。调节加速电压，励磁电流，观察半径r的变化情况，比较与推导结果是否相符。投影：通过气泡室显示的带电粒子在匀强磁场中的运动径迹 分析带电粒子运动轨迹的形成原因先由上述公式分析调节加速电压和励磁电流时电子的轨首半径发生的变化，再用洛伦兹力演示仪进行验证。3当速度与磁场方向成一定夹角：【讨论】 在匀强磁场中如果带电粒子的运动方向不与磁感应强度方向垂直，它的运动轨迹是什么样的曲线

6、？ 分析：当带电粒子的速度分别为平行于B的分量v1和垂直于B的分量v2，因为v1和B平行，v1不产生洛伦兹力，粒子q在平行于B的方向上做匀速直线运动，v2 和B垂直，所受洛伦兹力为qv2B，故粒子在垂直于B的平面内做匀速圆周运动，结合两个方向上的运动情况可得：粒子的合运动是一个等距螺旋运动。 用洛伦兹力演示仪演示等距螺旋运动。例：如图所示，一质量为m，电荷量为q的粒子从容器A下方小孔S 飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为零，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上。 (1)粒子进入磁场时的速率。 (2)求粒子在磁场中运动的轨道半径。解：1）粒子

7、在S 区做初速度为零的匀加速直线运动由动能定理得： 2）由f洛=F向可得：qvB=mv2/r 将速度v代入得： 针对训练：1、带电粒子以一定速度垂直射入匀强磁场，若只考虑洛伦兹力，则粒子（ ） A.动能不变. B.速率不变 . C.速度不变. D.加速度不变.2、一带电粒子在磁感强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，如它又顺利进入另一磁感强度为2B的匀强磁场中仍做匀速圆周运动，则（ ）A、粒子的速率加倍，周期减半 B、粒子的速率不变，轨道半径减半C、粒子的速率减半，轨道半径变为原来1/4D、粒子速率不变，周期减半3、质子和粒子以相同的速度垂直进入同一匀强磁场中，它们都做匀速圆周运动，它们的轨道半径和运动周期的关系是（ ） A、R质：R =1：2，T质：T =1：2 B、R质：R =2：1，T质：T =2：1 C、R质：R =1：2，T质：T =2：1 D、R质：R =1：4，T质：T =1：44.有三束粒子,分别是质子 、