《高二物理《带电粒子在匀强磁场中的运动》示范教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高二物理《带电粒子在匀强磁场中的运动》示范教案（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、本文格式为Word版，下载可任意编辑高二物理带电粒子在匀强磁场中的运动示范教案 三维教学目标 1、学识与技能 （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，粒子在匀强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，知道它们与哪些因素有关； （4）了解旋绕加速器的工作原理。 2、过程与方法：通过带电粒子在匀强磁场中的受力分析，生动解决有关磁场的问题。 3、情感、态度与价值观：通过本节学识的学习，充分了解科技的巨大威力，体会科技的创新与应用历程。 教学重点：带电粒子在匀强磁场中的受力分析及运动径迹。 教学难点：带电
2、粒子在匀强磁场中的受力分析及运动径迹。 教学方法：测验查看法、陈述法、分析推理法。 教学用具：洛伦兹力演示仪、电源、投影仪、投影片、多媒体辅佐教学设备。 教学过程： （一）引入新课 提问1：什么是洛伦兹力？ 答：磁场对运动电荷的作用力。 （二）举行新课 1、带电粒子在匀强磁场中的运动 介绍洛伦兹力演示仪，如图3.6-1所示。引导学生预料电子束的运动处境。 （1）不加磁场时，电子束的径迹； （2）加垂直纸面向外的磁场时，电子束的径迹； （3）保持出射电子的速度不变，增大或减小磁感应强度，电子束的径迹； （4）保持磁感应强度不变，增大或减小出射电子的速度，电子束的径迹。 演示：学生查看测验，验证自
3、己的预料是否正确。 现象：在暗室中可以领会地看到，在没有磁场作用时，电子的径迹是直线；在管外加上匀强 磁场（这个磁场是由两个平行的通电环形线圈产生的），电子的径迹变弯曲成圆形。磁场越强，径迹的半径越小；电子的出射速度越大，径迹的半径越大。 指出：当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时，电子受到垂直于速度方向的洛伦兹力的作用，洛伦兹力只能变更速度的方向，不能变更速度的大小。因此，洛伦兹力对粒子不做功，不能变更粒子的能量。洛伦兹力对带电粒子的作用正好起到了向心力的作用。所以，当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。 问题1带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，其轨道半
4、径r和周期T为多大呢？一带电量为q，质量为m ，速度为v的带电粒子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其半径r和周期T为多大？如图3.6-2所示。 v2推导：粒子做匀速圆周运动所需的向心力F=m是由粒子所受的洛伦兹力供给的，所以 rv2qvB=m r由此得出： r= mv2?m2?r ? 由于周期T= ，代入式得： T=? qBqBv总结：由式可知，粒子速度越大，轨迹半径越大；磁场越强，轨迹半径越小，这与演示测验查看的结果是一致的。由式可知，粒子运动的周期与粒子的速度大小无关。磁场越强，周期越短。 教师：介绍带电粒子在汽泡室运动的径迹照片，让学生了解物理学中研究带电粒子运动的方法3.6-3。
5、教师引导学生对结果举行议论，让学生了解有关质谱仪的学识。让学生了解质谱仪在科学研究中的作用。 2、旋绕加速器 （1）布局 在现代物理学中，人们为探索原子核内部的构造，需要用能量很高的带电粒子去轰击原子核，如何才能使带电粒子获得巨大能量呢？假设用高压电源形成的电场对电荷加速，由于受到电源电压的限制，粒子获得的能量并不太高。美国物理学家劳伦斯于1932年研发了旋绕加速器，高明地利用较低的高频电源对粒子屡屡加速使之获得巨大能量，为此在1939年劳伦斯获诺贝尔物理奖。那么旋绕加速器的工作原理是什么呢？ （2）原理 首先，在狭缝AA与AA之间，有方向不断做周期变化的电场，其作用是当粒子经过狭缝时，电源恰
6、好供给正向电压，使粒子在电场中加速。狭缝的两侧是匀强磁场，其作用是当被加速后的粒子射入磁场后，做圆运动，经半个圆周又回到狭缝处，使之射入电场再次加速。其次，粒子在磁场中做圆周运动的半径与速率成正比，随着每次加速，半径不断增大，而粒子运动的周期与半径、速率无关，所以每隔相一致的时间（半个周期）回到狭缝处，只 要电源以一致的周期变化其方向，就可使粒子每到狭缝处刚好得到正向电压而加速。 3、课堂小节 4、实例探究 带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动 例1：一个负离子，质量为m，电量大小为q，以速率v垂直于屏S经过小孔O射入存在着匀强磁场的真空室中，如下图。磁感应强度B的方向与离子的运动方向垂直，并垂
7、直于图中纸面向里。 （1）求离子进入磁场后到达屏S上时的位置与O点的距离。 （2）假设离子进入磁场后经过时间t到达位置P，证明：直线OP与离子入射方向之间的夹角跟t的关系是?S O v P B qBt。 2m解析：（1）离子的初速度与匀强磁场的方向垂直，在洛仑兹力作用下，做匀速圆周运动。设圆半径为r，那么据牛顿其次定律可得： v2mvBqv?m ，解得r? Bqr如下图，离了回到屏S上的位置A与O点的距离为：AO=2r 所以AO?2mv BqvtBq?t rm（2）当离子到位置P时，圆心角：?由于?2?，所以?qBt。 2m例2：如下图，半径为r的圆形空间内，存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，一
8、个带电粒子（不计重力），从A点以速度v0垂直磁场方向射入磁场中，并从B点射出，AOB=120，那么该带电粒子在磁场中运动的时间为（ ） A2r/3v0 Cr/3v0 B23r/3v0 D3r/3v0 解析：首先通过已知条件找到所对应的圆心O，由图可知=60，得 t= 60?m?T?，但题中已知条件不够，没有此选项，务必另想手段找规律表示t， 360?3qB 由圆周运动和t= =v AB R?。其中R为AB弧所对应的轨道半径，由图中OOA可得vR=3r，所以t=3r/3r0，D选项正确。 答案：D 例3：电子自静止开头经M、N板间（两板间的电压为u）的电场加速后从A点垂直于磁场边界射入宽度为d的匀强磁场中，电子离开磁场时的位置P偏离入射方向的距离为L，如下图。求匀强磁场的磁感应强度。（已知电子的质量为m，电量为e） 解析：电子在M、N间加速后获得的速度为v，由动能定理得： 12 mv-0=eu 2v2电子进入磁场后做匀速圆周运动，设其半径为r，那么： evB=m r电子在磁场中的轨迹如图，由几何得： LL2?d22L2?d2= r由以上三式得：B= 2LL2?d22mu e5、课余作业：1、完成P108“问题与练习”第1、2、5题。书面完成第3、4题。 7
