高中物理第五節(jié)《帶電粒子在復合場中的運動》教案

1、第五節(jié) 帶電粒子在復合場中的運動復習目標一、知識目標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)強度的方向垂直時，粒子在勻磁場中做勻速圓周運動.3.會推導帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑、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.二、能力目標能綜合運用力學知識、電磁學知識解決帶電粒子在復合場中的問題.三、德育目標培養(yǎng)學生的分析推理能力.復習重點掌握帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑和周期公式，并能用來分析有關(guān)問題.復習難點1.粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動.2.綜合運用力學知識、電磁學知識解決帶電粒子在復合場中的問題.復習方法分析推導法

2、、閱讀法復習過程投影片出示本節(jié)課教學目標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場方向垂直時，粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動.3.會推導帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑及周期公式.4.理解質(zhì)譜儀工作原理.復習目標完成過程一、復習提問，問題什么是洛倫茲力？學生答磁場對運動電荷的作用力問題帶電粒子在磁場中是否一定受洛倫茲力？學生答不一定，洛倫茲力的計算公式為f=qvBsin，為電荷運動方向與磁場方向的夾角，當=90°時，f=qvB;當=0°時，f=0.問題帶電粒子垂直磁場方向進入勻強磁場時會做什么運動呢？今天我們來學習帶電粒子在磁場中的運動、質(zhì)譜儀

3、.二、理論復習歸納：演示實驗介紹電子射線管的工作原理，進行實驗.教師講述電子射線管的工作原理：由電子槍發(fā)出的電子射線可以使管內(nèi)的低壓水銀蒸氣發(fā)出輝光，顯示出電子的徑跡.教師進行演示實驗.實驗現(xiàn)象在暗室中可以清楚地看到，在沒有磁場作用時，電子的徑跡是直線；在管外加上勻強磁場（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.教師引導學生分析得出結(jié)論當帶電粒子的初速度方向與磁場方向垂直時，粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動.帶電粒子垂直進入勻強磁場中的受力及運動情況分析.出示投影片1.電子受到怎樣的力的作用？這個力和電子的速度的關(guān)系是怎樣的？2.洛倫茲力對電子的運動有什么作用？3.有

4、沒有其他力作用使電子離開磁場方向垂直的平面？4.洛倫茲力做功嗎？學生答1.電子受到垂直于速度方向的洛倫茲力的作用.2.洛倫茲力只改變速度的方向，不改變速度的大小.3.沒有力作用使電子離開磁場方向垂直的平面.4.洛倫茲力對運動電荷不做功.投影片出示板書帶電粒子垂直進入勻強磁場中，粒子在垂直磁場方向的平面內(nèi)做勻速圓周運動，此洛倫茲力不做功.過渡句帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動，其軌道半徑r和周期T為多大呢？出示投影片一帶電量為q，質(zhì)量為m ,速度為v的帶電粒子垂直進入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，其半徑r和周期T為多大？問題什么力給帶電粒子做圓周運動提供向心力？學生答洛倫茲力給帶電粒子做圓周運動

5、提供向心力？問題向心力的計算公式是什么？學生答F=m教師推導粒子做勻速圓周運動所需的向心力F=m是由粒子所受的洛倫茲力提供的，所以qvB=m由此得出r=T=可得T=投影片出示例題例1 、它們以下列情況垂直進入同一勻強磁場，求軌道半徑之比.（1）具有相同速度（2）具有相同動量（3）具有相同動能解答：依據(jù)qvB=mv2/r得r=mv/qB（1）v、B相同，所以r，所以r1r2r3=122（2）因為mv、B相同，所以r1/q,r1r2r3=221.（3）相同，v,B相同，所以r.所以r1r2r3=11.例2 如圖所示，一質(zhì)量為m，電荷量為q的粒子從容器A下方小孔S1飄入電勢差為u的加速電場，然后讓粒

6、子垂直進入磁感應(yīng)強度為B的磁場中，最后打到底片D上. (1)粒子在S1區(qū)做什么運動?(2)在S2區(qū)做何種運動，在S3區(qū)將做何種運動?(3)假如粒子沿一半圓運動打到底片D上，B距離D多遠？解答：(1)粒子在S1區(qū)做初速度為零的勻加速直線運動.（2）在S2區(qū)做勻速直線運動，在S3區(qū)做勻速圓周運動.（3）由動能定理知，粒子在電場中得到的動能等于電場對它所做的功，即由此可得v=.粒子在磁場中做勻速圓周運動的軌道半徑為r=mv/qB=教師講解r和進入磁場的速度無關(guān)，進入同一磁場時，r，而且這些個量中，u、B、r可以直接測量，那么，我們可以用裝置來測量荷質(zhì)比.閱讀課文，回答以下問題：1.試述質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu).

7、2.試述質(zhì)譜儀的工作原理.3.什么是同位素？4.質(zhì)譜儀最初是由誰設(shè)計的？5.試述質(zhì)譜儀的主要用途.閱讀后學生回答：1.質(zhì)譜儀由靜電加速極、速度選擇器、偏轉(zhuǎn)磁場、顯示屏等組成.2.電荷量相同而質(zhì)量有微小差別的粒子，它們進入磁場后將沿著不同的半徑做圓周運動，打到照相底片不同的地方，在底片上形成若干譜線狀的細條，叫質(zhì)譜線，每一條對應(yīng)于一定的質(zhì)量，從譜線的位置可以知道圓周的半徑r，如果再已知帶電粒子的電荷量q，就可算出它的質(zhì)量.3.質(zhì)子數(shù)相同而質(zhì)量數(shù)不同的原子互稱為同位素.4.質(zhì)譜儀最初是由湯姆生的學生阿斯頓設(shè)計.5.質(zhì)譜儀是一種十分精密的儀器，是測量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具.投影片出示練

8、習題1.勻強磁場中，有兩個電子分別以速率v和2v沿垂直于磁場方向運動，哪個電子先回到原來的出發(fā)點？學生答因為電子在勻強磁場中的運動周期和電子的速率無關(guān)，所以兩個電子同時回到原來的出發(fā)點.2.質(zhì)子和一價鈉離子分別垂直進入同一勻強磁場中做勻速圓周運動，如果它們的圓運動半徑恰好相等，這說明它們在剛進入磁場時_A.速率相等B.動量大小相等C.動能相等D.質(zhì)量相等學生答B(yǎng)問題帶電粒子在磁場和電場中受力有什么區(qū)別呢？教師引導學生分析得出結(jié)論1.電場對靜止或運動的帶電粒子都有電場力（庫侖力）的作用.磁場只對運動的帶電粒子有磁場力（洛倫茲力）的作用（條件是v與B不平行）.2.庫侖力跟電場強度E的方向相同（正電

9、荷）或相反（負電荷），洛倫茲力跟磁感應(yīng)強度B的方向垂直.3.庫侖力不受粒子運動速度的影響，洛倫茲力則與粒子運動速度有關(guān).三、小結(jié)本節(jié)課我們主要復習了1.洛倫茲力對帶電粒子不做功.2.帶電粒子的初速度方向和磁感應(yīng)強度的方向垂直時，粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動.3.會推導帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑、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.四、本節(jié)優(yōu)化訓練設(shè)計1.質(zhì)子和粒子由靜止出發(fā)經(jīng)同一加速電場加速后，沿垂直磁感線方向進入同一勻強磁場，則它們在磁場中的各個運動參量間的關(guān)系正確的是_A.動能之比為12B.速率之比為1C.軌道半徑之比為2D.運動周期之比為12 2.

10、如圖所示，半徑為r的圓形空間內(nèi)，存在著垂直于紙面向里的勻強磁場，一個帶電粒子（不計重力），從A點以速度v0垂直磁場方向射入磁場中，并從B點射出，AOB=120°，則該帶電粒子在磁場中運動的時間為_A.2r/3v0B.2r/3v0C.r/3v0D.r/3v0 3.如圖所示，一束具有各種速率的帶一個基本正電荷的兩種銅離子，質(zhì)量數(shù)分別為63和65，水平地經(jīng)小孔S進入有勻強電場和勻強磁場的區(qū)域，電場E的方向向下，磁場B1的方向垂直紙面向里.只有那些路徑不發(fā)生偏折的離子才能通過另一個小孔S，為了把從S射出來的兩種銅離子分開，讓它們再進入另一個方向垂直紙面向外的勻強磁場B2中，使兩種離子分別沿不

11、同半徑的圓形軌道運動，試分別求出兩種離子的軌道半徑.已知：E=1.0×105 V/m,B1=0.40 T，B2=0.50 T，e=1.60×10-19C質(zhì)量數(shù)是63的銅離子質(zhì)量m1=63×1.66×10-27 kg質(zhì)量數(shù)是65的銅離子質(zhì)量m2=65×1.66×10-27 kg 4.長為L的水平板間，有垂直紙面向內(nèi)的勻強磁場，如圖所示，磁感應(yīng)強度為B，板間距離也為L，板不帶電，現(xiàn)有質(zhì)量為m，電量為q的帶正電粒子（不計重力），從左邊極板間中點處垂直磁感線以速度v水平射入磁場，欲使粒子不打在極板上，可采用的辦法是_A.使粒子的速度v<

12、B.使粒子的速度v>C.使粒子的速度v>D.使粒子的速度<v<5.電子以初速度v0垂直進入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，則_A.磁場對電子的作用力始終不變B.磁場對電子的作用力始終不做功C.電子的動量始終保持不變D.電子的動能始終不變 6.同位素離子以相同的速率從a孔射入正方形空腔中，空腔內(nèi)勻強磁場的磁感應(yīng)強度方向如圖所示，如果從BC射出的離子質(zhì)量分別為m1、m2,打到d點的離子質(zhì)量為m3，則下列判斷正確的是_A.m1>m2>m3B.m3>m2>m1C.m1m2=12D.m2m3=21 7.如圖所示，一個質(zhì)量為m、帶電量為q的粒子，以速度v垂直射入

13、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，粒子經(jīng)過一段時間，受到的沖量大小為mv，不計重力，則這段時間可能為_A.2m/qBB.m/qBC.m/3qBD.7m/3qB 8.如圖所示，一個帶電粒子在B=0.8 T的勻強磁場中運動，其速度方向始終與磁場方向垂直，它從軌跡上a點運動到b點所用時間是2×10-4 s，繼續(xù)從b點再運動到a點所用時間為1.0×10-3 s，已知a、b兩點間的距離直線距離為0.3 m，粒子的帶電量是3×10-8 C，不計粒子重力，該粒子運動量大小為_×10-9 kg·×10-9 kg·m/s×10-8 kg·×10-8 kg·m/s9.如