陜西省藍(lán)田縣高中物理 第三章 磁場 3.6 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動教案 新人教版選修3-1.doc

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3.6《帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動》 一、教學(xué)目標(biāo) 1、知識與技能 (1)理解洛倫茲力對粒子不做功 (2)理解帶電粒子的初速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直時(shí)，粒子在勻磁 場中做勻速圓周運(yùn)動 (3)會推導(dǎo)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的半徑、周期公式，并會用它們解答有關(guān)問題 (4)知道質(zhì)譜儀的工作原理。知道回旋加速器的基本構(gòu)造、工作原理及用途。 2、過程與方法：通過帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的受力分析，靈活解決有關(guān)磁場 的問題。 3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：通過本節(jié)知識的學(xué)習(xí)，充分了解科技的巨大威力， 體會科技的創(chuàng)新與應(yīng)用歷程。 二、教學(xué)重點(diǎn)：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的受力分析及運(yùn)動徑跡。 三、教學(xué)難點(diǎn)：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的受力分析及運(yùn)動徑跡 四、教學(xué)過程： （一）引入新課 復(fù)習(xí)提問：什么是洛倫茲力？ 磁場對運(yùn)動電荷的作用力 帶電粒子在磁場中是否一定受洛倫茲力？ 不一定，洛倫茲力的計(jì)算公式為f=qvBsinθ，θ為電荷運(yùn)動方向與磁場方 向的夾角，當(dāng)θ=90時(shí)， f=qvB；當(dāng)θ=0 f=0。帶電粒子垂直磁場方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場時(shí)會做什么運(yùn)動呢？今天我們來學(xué)習(xí)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動。在預(yù)習(xí)過程中，你碰到了哪些問題？ （二）進(jìn)行新課 1、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動 介紹洛倫茲力演示儀。如圖所示。 引導(dǎo)學(xué)生預(yù)測電子束的運(yùn)動情況 （1）不加磁場時(shí)，電子束的徑跡； （2）加垂直紙面向外的磁場時(shí)，電子束的徑跡； （3）保持出射電子的速度不變，增大或減小磁感應(yīng)強(qiáng)度，電子束的徑跡； （4）保持磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，增大或減小出射電子的速度，電子束的徑跡。 教師演示，學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證自己的預(yù)測是否正確。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在暗室中可以清楚地看到，在沒有磁場作用時(shí)，電子的徑跡是直線； 在管外加上勻強(qiáng)磁場（這個磁場是由兩個平行的通電環(huán)形線圈產(chǎn)生的），電子的徑跡變彎曲成圓形。磁場越強(qiáng)，徑跡的半徑越?。浑娮拥某錾渌俣仍酱?，徑跡的半徑越大。 當(dāng)帶電粒子的初速度方向與磁場方向垂直時(shí)，電子受到垂直于速度方向的洛倫茲力的作用，洛倫茲力只能改變速度的方向，不能改變速度的大小。因此，洛倫茲力對粒子不做功，不能改變粒子的能量。洛倫茲力對帶電粒子的作用正好起到了向心力的作用。所以，當(dāng)帶電粒子的初速度方向與磁場方向垂直時(shí)，粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動。 思考與討論： 2帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動，其軌道半徑r為多大呢？ 出示投影片， 引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)：一帶電量為q，質(zhì)量為m，速度為v的帶電粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，其半徑r和周期T為多大？如圖所示。 F心=mv2／r 進(jìn)而由學(xué)生自己推出 討論： ①粒子運(yùn)動軌道半徑與哪些因素有關(guān)，關(guān)系如何？ ②速度相同，荷質(zhì)比不同的帶電粒子垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場，它們的軌道半徑關(guān)系如何？ 3．帶電粒子在磁場中的運(yùn)動周期T 提問： ①圓周長與圓半徑有何關(guān)系？ 周長=2πr ②圓周運(yùn)動的周期與周長和速率的關(guān)系如何？ ③推出帶電粒子在磁場中的周期 討論：①帶電粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的周期大小與哪些因素有關(guān)？關(guān)系如何？ ②同一帶電粒子，在磁場中做圓周運(yùn)動，當(dāng)它的速率增大時(shí)，其周期怎樣改變？ ③速率不同、質(zhì)量也不同的兩帶電粒子進(jìn)入同一磁場做圓周運(yùn)動，若它們的周期相同，則它們相同的物理量還有哪個？ 師生互動、總結(jié)： 由可知，粒子速度越大，軌跡半徑越大；磁場越強(qiáng)，軌跡半徑越小，這與演示實(shí)驗(yàn)觀察的結(jié)果是一致的。 由周期②式可知，粒子運(yùn)動的周期與粒子的速度大小無關(guān)。磁場越強(qiáng)，周期越短。 4．速度選擇器的工作原理 提問：①帶電粒子（帶正電）q以速度v垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場，受電場力作用，運(yùn)動方向?qū)l(fā)生偏轉(zhuǎn)，如圖2所示。若在勻強(qiáng)電場范圍內(nèi)再加一個勻強(qiáng)磁場，使該帶電粒子的運(yùn)動不偏轉(zhuǎn)，求所加勻強(qiáng)磁場的方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。 引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識自己分析得出結(jié)論。 分析：電荷進(jìn)入電場，受垂直向下的電場力作用而偏轉(zhuǎn)，若使它不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，電荷受所加磁場的洛侖茲力方向一定與電場力方向相反，根據(jù)左手定則和洛侖茲力方向確定磁場方向：垂直紙面、背向讀者，如圖3所示。 因?yàn)?f洛=F安 若我們在該裝置前后各加一塊擋板，讓電量相同的不同速度的帶電粒子從前邊擋板中小孔射入，經(jīng)過勻強(qiáng)電場和磁場，只有其運(yùn)動速度剛好滿足f洛=F安的粒子運(yùn)動軌跡不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從第二塊擋板上小孔中射出。改變勻強(qiáng)電場或勻強(qiáng)磁場的大小，就可以得到不同速度的帶電粒子。這個裝置就叫做速度選擇器。由上面的關(guān)系很容易推導(dǎo)出通過速度選擇器 ②若將一個能通過某速度選擇器的正電荷換成一個電量相等速度不變的負(fù)電荷，它還能通過該速度選擇器嗎？為什么？ 回答：能。因?yàn)殡m然它所受電場力和洛侖茲力方向都與正電荷方向相反，但大小仍然相等，其合力仍然為零，所以能通過。 5．質(zhì)譜儀 同的速度垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場，如圖4，求它們運(yùn)動的軌道半徑之比是多少？ 別有： 以上裝置就是質(zhì)譜儀，它可以很方便地幫助我們發(fā)現(xiàn)一些元素的同位素，或計(jì)算一些帶電粒子的質(zhì)量或荷質(zhì)比。 （三）課堂小結(jié) 帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場時(shí)，受到一個大小不變而且始終與其速度方向垂直的洛侖茲力作用，此力對帶電粒子不做功，只改變粒子的速度方向，不改變其速度大小，粒子將做勻速圓周運(yùn)動，其軌道半徑為r= 粒子（質(zhì)量、電荷不相同），其r與mv成正比，