陜西省藍(lán)田縣高中物理 第三章 磁場(chǎng) 3.6 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)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(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》 一、教學(xué)目標(biāo) 1、知識(shí)與技能 (1)理解洛倫茲力對(duì)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(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng) (3)會(huì)推導(dǎo)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑、周期公式，并會(huì)用它們解答有關(guān)問(wèn)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(guò)程與方法：通過(guò)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的受力分析，靈活解決有關(guān)磁場(chǎng) 的問(wèn)題。 3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：通過(guò)本節(jié)知識(shí)的學(xué)習(xí)，充分了解科技的巨大威力， 體會(huì)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(chǎng)中的受力分析及運(yùn)動(dòng)徑跡。 三、教學(xué)難點(diǎn)：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的受力分析及運(yùn)動(dòng)徑跡 四、教學(xué)過(guò)程： （一）引入新課 復(fù)習(xí)提問(wèn)：什么是洛倫茲力？ 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力 帶電粒子在磁場(chǎng)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(dòng)方向與磁場(chǎng)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(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)會(huì)做什么運(yùn)動(dòng)呢？今天我們來(lái)學(xué)習(xí)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。在預(yù)習(xí)過(guò)程中，你碰到了哪些問(wèn)題？ （二）進(jìn)行新課 1、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 介紹洛倫茲力演示儀。如圖所示。 引導(dǎo)學(xué)生預(yù)測(cè)電子束的運(yùn)動(dòng)情況 （1）不加磁場(chǎng)時(shí)，電子束的徑跡； （2）加垂直紙面向外的磁場(chǎng)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(cè)是否正確。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在暗室中可以清楚地看到，在沒(méi)有磁場(chǎng)作用時(shí)，電子的徑跡是直線； 在管外加上勻強(qiáng)磁場(chǎng)（這個(gè)磁場(chǎng)是由兩個(gè)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(chǎng)越強(qiáng)，徑跡的半徑越??；電子的出射速度越大，徑跡的半徑越大。 當(dāng)帶電粒子的初速度方向與磁場(chǎng)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(duì)粒子不做功，不能改變粒子的能量。洛倫茲力對(duì)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(chǎng)方向垂直時(shí)，粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。 思考與討論： 2帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，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(chǎng)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(dòng)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(chǎng)，它們的軌道半徑關(guān)系如何？ 3．帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期T 提問(wèn)： ①圓周長(zhǎng)與圓半徑有何關(guān)系？ 周長(zhǎng)=2πr ②圓周運(yùn)動(dòng)的周期與周長(zhǎng)和速率的關(guān)系如何？ ③推出帶電粒子在磁場(chǎng)中的周期 討論：①帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)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(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，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(chǎng)做圓周運(yùn)動(dòng)，若它們的周期相同，則它們相同的物理量還有哪個(gè)？ 師生互動(dòng)、總結(jié)： 由可知，粒子速度越大，軌跡半徑越大；磁場(chǎng)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(dòng)的周期與粒子的速度大小無(wú)關(guān)。磁場(chǎng)越強(qiáng)，周期越短。 4．速度選擇器的工作原理 提問(wèn)：①帶電粒子（帶正電）q以速度v垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，受電場(chǎng)力作用，運(yùn)動(dòng)方向?qū)l(fā)生偏轉(zhuǎn)，如圖2所示。若在勻強(qiáng)電場(chǎng)范圍內(nèi)再加一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)，使該帶電粒子的運(yùn)動(dòng)不偏轉(zhuǎn)，求所加勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(shí)自己分析得出結(jié)論。 分析：電荷進(jìn)入電場(chǎng)，受垂直向下的電場(chǎng)力作用而偏轉(zhuǎn)，若使它不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，電荷受所加磁場(chǎng)的洛侖茲力方向一定與電場(chǎng)力方向相反，根據(jù)左手定則和洛侖茲力方向確定磁場(chǎng)方向：垂直紙面、背向讀者，如圖3所示。 因?yàn)?f洛=F安 若我們?cè)谠撗b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(guò)勻強(qiáng)電場(chǎng)和磁場(chǎng)，只有其運(yùn)動(dòng)速度剛好滿足f洛=F安的粒子運(yùn)動(dòng)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(chǎng)或勻強(qiáng)磁場(chǎng)的大小，就可以得到不同速度的帶電粒子。這個(gè)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(guò)速度選擇器 ②若將一個(gè)能通過(guò)某速度選擇器的正電荷換成一個(gè)電量相等速度不變的負(fù)電荷，它還能通過(guò)該速度選擇器嗎？為什么？ 回答：能。因?yàn)殡m然它所受電場(chǎng)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(guò)。 5．質(zhì)譜儀 同的速度垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖4，求它們運(yùn)動(dòng)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(chǎng)時(shí)，受到一個(gè)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(duì)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(dòng)，其軌道半徑為r= 粒子（質(zhì)量、電荷不相同），其r與mv成正比，