第三章第六節(jié) 洛侖茲力與現(xiàn)代技術(shù)1課時(shí)

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1、 第六節(jié) 洛侖茲力與現(xiàn)代技術(shù)（1課時(shí)） 教學(xué)目標(biāo) （一）知識(shí)目標(biāo) 1、理解帶電粒子的初速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直時(shí)，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)． 2、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． 3、知道質(zhì)譜儀的工作原理． （二）能力目標(biāo) 通過(guò)推理、判斷帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的邏輯推理能力． （三）德育目標(biāo) 通過(guò)學(xué)習(xí)質(zhì)譜儀的工作原理，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)先進(jìn)科技的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣． 教學(xué)重點(diǎn) 帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑和運(yùn)動(dòng)周期． 教學(xué)難點(diǎn) 確定垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的帶電粒子運(yùn)動(dòng)是勻速圓周運(yùn)動(dòng)． 教

2、學(xué)用具 演示用特制的電子射線(xiàn)管。 教學(xué)方法 實(shí)驗(yàn)、討論 教學(xué)步驟 （一）復(fù)習(xí) （二）新授 引入： 上一節(jié)我們學(xué)習(xí)了洛侖茲力的概念，我們知道帶電粒子垂直磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)受到大小，方向始終與速度方向垂直的洛侖茲力作用，今天我們來(lái)研究一下，受洛侖茲力作用的帶電粒子是如何運(yùn)動(dòng)的？ 進(jìn)行： 1、觀察實(shí)驗(yàn)： ①演示帶電粒子在電場(chǎng)中加速后的運(yùn)動(dòng)軌跡； ②演示當(dāng)建立了與運(yùn)動(dòng)方向垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)后帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，引導(dǎo)學(xué)生觀察做圓周運(yùn)動(dòng)所在平面與磁場(chǎng)方向的關(guān)系。 ③改變加速電場(chǎng)的電壓，觀察粒子圓周運(yùn)動(dòng)的半徑的變化；改變磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，觀察粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)半徑的變化。 2、討論半徑與周期（以學(xué)

3、生推導(dǎo)為主） ①圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式: ∴ ②周期公式的推導(dǎo): ∴ 注:周期的大小與半徑和速度無(wú)關(guān). 例1： 同一種帶電粒子以不同的速度垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，則可知 　?。?）帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的速度值有幾個(gè)？ 　　（2）這些速度的大小關(guān)系為?????? ． 　?。?）三束粒子從O點(diǎn)出發(fā)分別到達(dá)1、2、3點(diǎn)所用時(shí)間關(guān)系為????? ． 例2：當(dāng)氫核和氦核以相同的動(dòng)量垂直進(jìn)入磁場(chǎng)后，分別做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則氫核與氦核的半徑之比為 ；周期之比為 。若以相同的動(dòng)能進(jìn)入磁場(chǎng)，其半徑之比

4、為 ；周期之比為 。 例3：討論:速度不同,質(zhì)量也不同的帶電粒子垂直進(jìn)入同一磁場(chǎng)，若其周期相同，則它們還有哪些量是相同的？ 3、速度選擇器和質(zhì)譜儀的工作原理 ⑴速度選擇器：將一帶正電的粒子q以速度v垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng),在電場(chǎng)力的作用下將發(fā)生偏轉(zhuǎn).若在勻強(qiáng)電場(chǎng)范圍內(nèi)再加一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，使該粒子的運(yùn)動(dòng)不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則所加的磁場(chǎng)的方向如何？Ｂ的大小是多少？ ∵　　　∴ ∴ 引出速度選擇器：只有滿(mǎn)足的粒子才能通過(guò)速度選擇器． 討論：若將一個(gè)能通過(guò)某速度選擇器的正電荷換成一個(gè)電量相同的負(fù)電荷，速度不變，還能通過(guò)該速度選擇器嗎？ ⑵質(zhì)譜儀 首先請(qǐng)同學(xué)們閱讀課本上例題的分析

5、求解過(guò)程，然后組織學(xué)生討論質(zhì)譜儀的工作原理． （三）小結(jié)： 本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了帶電粒子垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的情況，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)演示和理論分析得出粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．并根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律得出粒子運(yùn)動(dòng)的半徑公式和周期公式．最后我們討論了它的一個(gè)具體應(yīng)用——質(zhì)譜儀． 但應(yīng)注意的是如果帶電粒子速度方向不是垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向時(shí)，帶電粒子將不再是作勻速圓周運(yùn)動(dòng)． （四）作業(yè) 課后訓(xùn)練： 關(guān)于帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期 　　例1 如圖所示，正、負(fù)電子初速度垂直于 磁場(chǎng)方向，沿與邊界成θ＝30°角的方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，求它們?cè)诖艌?chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比． 　　解析：正電子將沿逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)角

6、為： 　　負(fù)電子將沿順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)角為 　　因?yàn)檎⒇?fù)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期相同（），故它們的角速度也相同，根據(jù)φ=ωt　可知，正、負(fù)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為： 關(guān)于帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡 　　例2 如圖所示的矩形abcd范圍內(nèi)有垂直紙面向外的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，且ab長(zhǎng)度為L(zhǎng)，現(xiàn)有荷質(zhì)比為的正高離子在a處沿ab方向射入磁場(chǎng)，求離子通過(guò)磁場(chǎng)后的橫向偏移y和偏向角φ（設(shè)離子剛好從C點(diǎn)飛出）． 　　解析：離子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)從 ，易知圓心在圖中的O處，即a、c兩處速度垂線(xiàn)的交點(diǎn)處． 　　橫向偏移 　　 ? 故有 　　從圖中易知偏向角 即為圓心角，而 　　∴?