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1、学习目标：1.根据洛伦兹力的特点根据洛伦兹力的特点,理解带电粒子垂直进入匀理解带电粒子垂直进入匀强磁场做匀速圆周运动。强磁场做匀速圆周运动。2.带电粒子做圆周运动的半径与周期公式的推导带电粒子做圆周运动的半径与周期公式的推导过程过程,并能讨论它们的物理意义。并能讨论它们的物理意义。3.掌握质谱仪的工作原理。掌握质谱仪的工作原理。能力目标：通过对质谱仪的工作原理的分析，开阔学生的眼通过对质谱仪的工作原理的分析，开阔学生的眼界，了解物理知识在高新科技领域的应用，激发学界，了解物理知识在高新科技领域的应用，激发学生对物理的兴趣。生对物理的兴趣。重点：1.带电粒子垂直进入匀强磁场运动过程的分析。带电粒
2、子垂直进入匀强磁场运动过程的分析。2.半径公式、周期公式的推导以及影响因素的分析。半径公式、周期公式的推导以及影响因素的分析。难点:带电粒子进入匀强磁场运动过程的动力学分析。带电粒子进入匀强磁场运动过程的动力学分析。FvvvvFFF1.带电粒子垂直进入匀强磁场中如何运动？提问：提问：f洛洛在什么平面内？它与在什么平面内？它与v的方向关系怎样？的方向关系怎样？带电粒子垂直进入匀强磁场，其初速度带电粒子垂直进入匀强磁场，其初速度v与磁场垂直，根据左手定则，其受洛仑兹力与磁场垂直，根据左手定则，其受洛仑兹力的方向也跟磁场方向垂直，并与初速度方向的方向也跟磁场方向垂直，并与初速度方向都在同一垂直磁场的
3、平面内，所以粒子只能都在同一垂直磁场的平面内，所以粒子只能在该平面内运动。在该平面内运动。 f洛洛对运动电荷是否做功？对运动电荷是否做功？洛仑兹力总是跟带电粒子的运动方向洛仑兹力总是跟带电粒子的运动方向垂直，它只改变粒子运动的方向，不改变粒垂直，它只改变粒子运动的方向，不改变粒子速度的大小，所以粒子在磁场中运动的速子速度的大小，所以粒子在磁场中运动的速率是恒定的，这时洛仑兹力的大小率是恒定的，这时洛仑兹力的大小f=Bqv也是也是恒定的。恒定的。洛仑兹力对运动粒子不做功。洛仑兹力对运动粒子不做功。f洛洛对运动电荷的运动起何作用？对运动电荷的运动起何作用？洛仑兹力对运动粒子起着向心力的作用洛仑兹力
4、对运动粒子起着向心力的作用带电粒子在磁场中的运动具有什么特点？带电粒子在磁场中的运动具有什么特点？粒子的运动一定是匀速圆周运动。粒子的运动一定是匀速圆周运动。2.带电粒子在匀强磁场中运动的轨道半径F向向=mv2/rF洛洛=BqvF向向=F洛洛=mv2/r=Bqv带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时向心力由洛伦带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时向心力由洛伦兹力提供兹力提供由此可以推出由此可以推出r=3）速度相同，比荷不同的带电粒子垂直进入同一匀）速度相同，比荷不同的带电粒子垂直进入同一匀强磁场，它们的轨道半径关系如何？强磁场，它们的轨道半径关系如何？讨论：讨论：1）粒子运动轨道半径与哪些因素有
5、关，关系如何？）粒子运动轨道半径与哪些因素有关，关系如何？2）质量不同电量相同的带电粒子，若以大小相等的）质量不同电量相同的带电粒子，若以大小相等的动量垂直进入同一匀强磁场，它们的轨道半径关系动量垂直进入同一匀强磁场，它们的轨道半径关系如何？如何？T=因因r=T=3.3.带电粒子在匀强磁场中的运动周期带电粒子在匀强磁场中的运动周期由由圆周运动的周期与周长和速率的关系可得圆周运动的周期与周长和速率的关系可得可推出带电粒子在磁场中的周期可推出带电粒子在磁场中的周期3）速率不同、质量也不同的两带电粒子进入同一）速率不同、质量也不同的两带电粒子进入同一磁场做圆周运动，若它们的周期相同，则它们什么磁场做
6、圆周运动，若它们的周期相同，则它们什么物理量相同物理量相同？讨论：讨论：1）带电粒子在磁场中做圆周运动的周期大小与哪些）带电粒子在磁场中做圆周运动的周期大小与哪些因素有关？关系如何？因素有关？关系如何？2）同一带电粒子，在磁场中做圆周运动，当它的速率）同一带电粒子，在磁场中做圆周运动，当它的速率增大时，其周期是否改变增大时，其周期是否改变？ 质谱仪，它可以很方便地帮助我们发现一质谱仪，它可以很方便地帮助我们发现一些元素的同位素，或计算一些带电粒子的质些元素的同位素，或计算一些带电粒子的质量或荷质比。量或荷质比。例例1、一质量为、一质量为m，电荷量为电荷量为q的粒子，从容器的粒子，从容器A下下方
7、的小孔方的小孔S1飘入电势差为飘入电势差为U的加速电场。然后让粒子的加速电场。然后让粒子垂直进入磁感应强度为垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中匀速圆周运动，的匀强磁场中匀速圆周运动，最后打到照相底片最后打到照相底片D上。求上。求（1）粒子进入磁场时的速）粒子进入磁场时的速率；（率；（2）粒子在磁场中运动的轨道半径）粒子在磁场中运动的轨道半径 由此可解出由此可解出 粒子在磁场中匀速圆周运动的轨道半径粒子在磁场中匀速圆周运动的轨道半径r=mv2=qU解：由动能定理可知，粒子在电场中得到的动能等解：由动能定理可知，粒子在电场中得到的动能等于电场对它所做的功，即于电场对它所做的功，即V=速度选择器的工
8、作原理速度选择器的工作原理带电粒子（带正电）带电粒子（带正电）q以速度以速度v垂直进入垂直进入匀强电场，受电场力作用，运动方向将发匀强电场，受电场力作用，运动方向将发生偏转，如图生偏转，如图2所示。若在匀强电场范围内所示。若在匀强电场范围内再加一个匀强磁场，使该带电粒子的运动再加一个匀强磁场，使该带电粒子的运动不偏转，求所加匀强磁场的方向和磁感应不偏转，求所加匀强磁场的方向和磁感应强度的大小。强度的大小。分析：电荷进入电场，受垂直向下的电场分析：电荷进入电场，受垂直向下的电场力作用而偏转，若使它不发生偏转，电荷力作用而偏转，若使它不发生偏转，电荷受所加磁场的洛仑兹力方向一定与电场力受所加磁场的
9、洛仑兹力方向一定与电场力方向相反，根据左手定则和洛仑兹力方向方向相反，根据左手定则和洛仑兹力方向确定磁场方向：垂直纸面、背向读者，如确定磁场方向：垂直纸面、背向读者，如图图3所示。所示。因为因为f洛洛=F安安若我们在该装置前后各加一块挡板，让电量若我们在该装置前后各加一块挡板，让电量相同的不同速度的带电粒子从前边挡板中小相同的不同速度的带电粒子从前边挡板中小孔射入，经过匀强电场和磁场，只有其运动孔射入，经过匀强电场和磁场，只有其运动速度刚好满足速度刚好满足f洛洛=F安安的粒子运动轨迹不发生的粒子运动轨迹不发生偏转，从第二块挡板上小孔中射出。改变匀偏转，从第二块挡板上小孔中射出。改变匀强电场或匀
10、强磁场的大小，就可以得到不同强电场或匀强磁场的大小，就可以得到不同速度的带电粒子。这个装置就叫做速度选择速度的带电粒子。这个装置就叫做速度选择器。由上面的关系很容易推导出通过速度选器。由上面的关系很容易推导出通过速度选择器择器若将一个能通过某速度选择器的正电荷换成若将一个能通过某速度选择器的正电荷换成一个电量相等速度不变的负电荷，它还能通一个电量相等速度不变的负电荷，它还能通过该速度选择器吗？为什么？过该速度选择器吗？为什么？能。因为虽然它所受电场力和洛仑兹力方能。因为虽然它所受电场力和洛仑兹力方向都与正电荷方向相反，但大小仍然相等，向都与正电荷方向相反，但大小仍然相等，其合力仍然为零，所以能通过。其合力仍然为零，所以能通过。2.质谱仪的工作原理质谱仪的工作原理匀速直线匀速直线匀速圆周匀速圆周1r=2T=课堂小结：课堂小结：1.带电粒子进入匀强磁场中如何运动？带电粒子进入匀强磁场中如何运动？1)V/B,做做_运动运动2)V垂直于垂直于B,做做_运动运动 再 见匀强磁场中，有两个电子分别匀强磁场中，有两个电子分别以速率以速率v v和和2v 2v沿垂直于磁场方向沿垂直于磁场方向运动，哪个电子先回到原来的运动，哪个电子先回到原来的出发点？出发点？两个电子同时回到原来的出发点两个电子同时回到原来的出发点。
