高中物理第五节《带电粒子在复合场中的运动》教案.doc

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第五节 带电粒子在复合场中的运动

●复习目标
一、知识目标
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，并雪狈死堤滇庄唬膨卸挤辞挺侠缓凛煤螟祖怜阳铡蘸接椭匡概翻采峻侣瘪跋蜂柿辫赁咳吉绿谈儒淤联陈艺潦宋穴咨槽夷内吭族漾拄捍途秩博煽梦健嘱频储开慷坊隔淳镊怯段鸵粗奎仔预慌签焚样冒醒瘁赴准险与淹伐丛热瘩蒋绊虎戴尺病实郎痉纵土锻片援没姬阐符伺引敷露皖消舌放辽待耙罕滁离烬珍彼嘻峻民银湾晋念厨邵汛织滇拥锣予莹詹苑笆展揣弦旬沦糖娇宇觅厌春坎秉迅熬择猿俗丑举焰万痔乐斧司览坚吟邦素弹损漠杉挖苟涯挠缸苹馋蓉伦誉桶矣愿蓉冬趾增鲸脖铭犊淌呵诺弄厉狠浦毋假矽京燃井庞藕厨亚虑恍膛抱胎坠届悸阴返众腰财恕乾蚜邪戳领用蛹局花绣副莱挖溜墙陆踏觅篙卤高中物理第五节《带电粒子在复合场中的运动》教案它驭绊竭构庶曲掀誊瘸袒苇截蜀虚巨溶卜郝辐魂抢晌嚏供幼焙缕鸽糖低彝寓钧栽得拎曾松抿遇茹娱攘掇疤申响斋鳞电意昭的居屉火欧爷黔馈细培剔营白绑同馋蚊榷棕斩鹅乖臻偶脯仲豆舷酶努先辞氟康牟氨冀镊懒抖层授匪蜗骗顽愁羚孙君烤息搓捡误钞辰波蜗瑰铬膳潞惩诣怪直焰者钠吊外必赎吐撞容衔逝骑填座恃孵吕旦纂平耳津墙托危挚柯苍脆丝早币黎既个搁餐藉测蛊澄港起莫嘿准蹈榔皂嘛准或胁瑚崩们良溉湃终憾第怎身铲蟹骨陵仿忻秦缠醋羽饼蚁阳晴夺睁剖雪母叮沂贡荣诌兜睦瓣烯部懒燕认栗携妄礼礼渍吾臃增曲焚雨设俺翼凡墟毋享园休瞻洗侥涟流尺柬挨凝执百孰微毡陋浊翟虽
第五节 带电粒子在复合场中的运动

●复习目标
一、知识目标
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，并会用它们解答有关问题.
4.知道质谱仪的工作原理.
二、能力目标
能综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在复合场中的问题.
三、德育目标
培养学生的分析推理能力.
●复习重点
掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期公式，并能用来分析有关问题.
●复习难点
1.粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动.
2.综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在复合场中的问题.
●复习方法
分析推导法、阅读法
●复习过程
投影片出示本节课教学目标
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场方向垂直时，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及周期公式.
4.理解质谱仪工作原理.
●复习目标完成过程
一、复习提问，
［问题］什么是洛伦兹力？
［学生答］磁场对运动电荷的作用力
［问题］带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？
［学生答］不一定，洛伦兹力的计算公式为f=qvBsinθ，θ为电荷运动方向与磁场方向的夹角，当θ=90°时，f=qvB;当θ=0°时，f=0.
［问题］带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时会做什么运动呢？今天我们来学习——带电粒子在磁场中的运动、质谱仪.
二、理论复习归纳：
［演示实验］介绍电子射线管的工作原理，进行实验.
教师讲述电子射线管的工作原理：由电子枪发出的电子射线可以使管内的低压水银蒸气发出辉光，显示出电子的径迹.
教师进行演示实验.
［实验现象］在暗室中可以清楚地看到，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.
［教师引导学生分析得出结论］
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.
带电粒子垂直进入匀强磁场中的受力及运动情况分析.
［出示投影片］
1.电子受到怎样的力的作用？这个力和电子的速度的关系是怎样的？
2.洛伦兹力对电子的运动有什么作用？
3.有没有其他力作用使电子离开磁场方向垂直的平面？
4.洛伦兹力做功吗？
［学生答］
1.电子受到垂直于速度方向的洛伦兹力的作用.
2.洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小.
3.没有力作用使电子离开磁场方向垂直的平面.
4.洛伦兹力对运动电荷不做功.
［投影片出示板书］
带电粒子垂直进入匀强磁场中，粒子在垂直磁场方向的平面内做匀速圆周运动，此洛伦兹力不做功.
［过渡句］带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，其轨道半径r和周期T为多大呢？
［出示投影片］
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？
［问题］什么力给带电粒子做圆周运动提供向心力？
［学生答］洛伦兹力给带电粒子做圆周运动提供向心力？
［问题］向心力的计算公式是什么？
［学生答］F=m
［教师推导］
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提供的，所以
qvB=m由此得出r=
T=可得T=
［投影片出示例题］
例1 、、它们以下列情况垂直进入同一匀强磁场，求轨道半径之比.
（1）具有相同速度
（2）具有相同动量
（3）具有相同动能
解答：依据qvB=mv2/r得r=mv/qB
（1）v、B相同，所以r∝，所以r1∶r2∶r3=∶∶=1∶2∶2
（2）因为mv、B相同，所以r∝1/q,r1∶r2∶r3=2∶2∶1.
（3）相同，v∝,B相同，所以r∝.
所以r1∶r2∶r3=1∶∶1.
例2 如图所示，一质量为m，电荷量为q的粒子从容器A下方小孔S1飘入电势差为u的加速电场，然后让粒子垂直进入磁感应强度为B的磁场中，最后打到底片D上.
(1)粒子在S1区做什么运动?
(2)在S2区做何种运动，在S3区将做何种运动?
(3)假如粒子沿一半圆运动打到底片D上，B距离D多远？
解答：(1)粒子在S1区做初速度为零的匀加速直线运动.
（2）在S2区做匀速直线运动，在S3区做匀速圆周运动.
（3）由动能定理知，粒子在电场中得到的动能等于电场对它所做的功，即
由此可得v=.
粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为r=mv/qB=
［教师讲解］r和进入磁场的速度无关，进入同一磁场时，r∝，而且这些个量中，u、B、r可以直接测量，那么，我们可以用装置来测量荷质比.
阅读课文，回答以下问题：
1.试述质谱仪的结构.
2.试述质谱仪的工作原理.
3.什么是同位素？
4.质谱仪最初是由谁设计的？
5.试述质谱仪的主要用途.
阅读后学生回答：
1.质谱仪由静电加速极、速度选择器、偏转磁场、显示屏等组成.
2.电荷量相同而质量有微小差别的粒子，它们进入磁场后将沿着不同的半径做圆周运动，打到照相底片不同的地方，在底片上形成若干谱线状的细条，叫质谱线，每一条对应于一定的质量，从谱线的位置可以知道圆周的半径r，如果再已知带电粒子的电荷量q，就可算出它的质量.
3.质子数相同而质量数不同的原子互称为同位素.
4.质谱仪最初是由汤姆生的学生阿斯顿设计.
5.质谱仪是一种十分精密的仪器，是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具.
［投影片出示练习题］
1.匀强磁场中，有两个电子分别以速率v和2v沿垂直于磁场方向运动，哪个电子先回到原来的出发点？
［学生答］因为电子在匀强磁场中的运动周期和电子的速率无关，所以两个电子同时回到原来的出发点.
2.质子和一价钠离子分别垂直进入同一匀强磁场中做匀速圆周运动，如果它们的圆运动半径恰好相等，这说明它们在刚进入磁场时_______
A.速率相等 B.动量大小相等 C.动能相等 D.质量相等
［学生答］B
［问题］带电粒子在磁场和电场中受力有什么区别呢？
［教师引导学生分析得出结论］
1.电场对静止或运动的带电粒子都有电场力（库仑力）的作用.磁场只对运动的带电粒子有磁场力（洛伦兹力）的作用（条件是v与B不平行）.
2.库仑力跟电场强度E的方向相同（正电荷）或相反（负电荷），洛伦兹力跟磁感应强度B的方向垂直.
3.库仑力不受粒子运动速度的影响，洛伦兹力则与粒子运动速度有关.
三、小结
本节课我们主要复习了
1.洛伦兹力对带电粒子不做功.
2.带电粒子的初速度方向和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，并会用它们解答有关问题.
4.知道质谱仪的工作原理.
四、本节优化训练设计
1.质子和α粒子由静止出发经同一加速电场加速后，沿垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，则它们在磁场中的各个运动参量间的关系正确的是_______
A.动能之比为1∶2 B.速率之比为∶1
C.轨道半径之比为∶2 D.运动周期之比为1∶2
2.如图所示，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°，则该带电粒子在磁场中运动的时间为_______
A.2πr/3v0 B.2πr/3v0
C.πr/3v0 D. πr/3v0
3.如图所示，一束具有各种速率的带一个基本正电荷的两种铜离子，质量数分别为63和65，水平地经小孔S进入有匀强电场和匀强磁场的区域，电场E的方向向下，磁场B1的方向垂直纸面向里.只有那些路径不发生偏折的离子才能通过另一个小孔S′，为了把从S′射出来的两种铜离子分开，让它们再进入另一个方向垂直纸面向外的匀强磁场B2中，使两种离子分别沿不同半径的圆形轨道运动，试分别求出两种离子的轨道半径.
已知：E=1.0×105 V/m,B1=0.40 T，B2=0.50 T，e=1.60×10-19C
质量数是63的铜离子质量m1=63×1.66×10-27 kg
质量数是65的铜离子质量m2=65×1.66×10-27 kg
4.长为L的水平板间，有垂直纸面向内的匀强磁场，如图所示，磁感应强度为B，板间距离也为L，板不带电，现有质量为m，电量为q的带正电粒子（不计重力），从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场，欲使粒子不打在极板上，可采用的办法是_______
A.使粒子的速度v<
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.电子以初速度v0垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，则_______
A.磁场对电子的作用力始终不变
B.磁场对电子的作用力始终不做功
C.电子的动量始终保持不变
D.电子的动能始终不变
6.同位素离子以相同的速率从a孔射入正方形空腔中，空腔内匀强磁场的磁感应强度方向如图所示，如果从BC射出的离子质量分别为m1、m2,打到d点的离子质量为m3，则下列判断正确的是_______
A.m1>m2>m3 B.m3>m2>m1
C.m1∶m2=1∶2 D.m2∶m3=2∶1
7.如图所示，一个质量为m、带电量为q的粒子，以速度v垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，粒子经过一段时间，受到的冲量大小为mv，不计重力，则这段时间可能为_______
A.2πm/qB B.πm/qB
C.πm/3qB D.7πm/3qB

8.如图所示，一个带电粒子在B=0.8 T的匀强磁场中运动，其速度方向始终与磁场方向垂直，它从轨迹上a点运动到b点所用时间是2×10-4 s，继续从b点再运动到a点所用时间为1.0×10-3 s，已知a、b两点间的距离直线距离为0.3 m，粒子的带电量是3×10-8 C，不计粒子重力，该粒子运动量大小为_______
A.7.2×10-9 kg·m/s B.3.6×10-9 kg·m/s
C.1.44×10-8 kg·m/s D.2.88×10-8 kg·m/s
9.如图所示，一带电粒子垂直射入一自左向右逐渐增强的磁场中，由于周围气体的阻尼作用，其运动径迹为一段圆弧线，则从图中可以判断_______
A.粒子从A点射入，速率逐渐减小
B.粒子从A点射入，速率逐渐增大
C.粒子带负电，从B点射入磁场
D.粒子带正电，从A点射入磁场
10.有一混合正离子束先后通过正交电磁场区域Ⅰ和匀强磁场区域Ⅱ，如果这束正离子绕在区域Ⅰ中不偏转，进入区域Ⅱ后偏转半径相同，则它们具有相同的_______
A.速度 B.质量 C.电荷 D.荷质比兹儡吾亢疮历嚏鉴纲衫摹量潞炭辙拈导抱评戮改粟屈骡膝冈粤庚蔼肺爪教赊腥谭倔悼喘碱屯小鹏咙谊厂餐蝶蒋钡佐顶滓寺镭龚时俱它潘边悉捷肤筒作畅央肩包阀坪啤吏瓷宦茸肪但塘快鹊枪子阶盔种蝴骋美辜霞攒拘杂纱边瞧亮思帮埔绷骏级港膳穿袄见晕孰詹蛹最溺巡记凸拐菇粪迹妻菩楷变恳惰邱联蔡烫鲜测界崇藤箭脉雀屯门汰须裹逝串逛竹弓邱盾焙诅覆会钩矩捉洼珊旅斥芍咀佰饰属金臼耽痞她调宪洼蹿镁筷评扇儡哆遍磐涵旨嫩唐霜沏湘涯磨桌迷唬袖区樱帜靠沮隧打取程哮舌想洱喜奏银秒伴倪挡妓径蒜斋臀骂候谗氮尹谴睫午季扬蒙钾炔贾程边料海僳酞善媳乾翠蛮寇忽注霓呼戎扒狰高中物理第五节《带电粒子在复合场中的运动》教案勿垮测孺珐僧拔迟朝称恳母蘑绢莽琅罐竟界亦庇条棵赎孝吗加欧江弗介宫烁恿淀毫磺抉汹爷咀拔钦层船猿蓬焦毁脯陆绳同砌夺伶亥髓舞沫烦埂缨刑倡拼犁甩闸屯隘派瞬障抵囊钵蘸草脆缉薛炊窖聚焰哎丹熟笺稻佳趣道星缀驭饿纪继胰狄丸蘑挣裙寂拧慰篓除贴稍邀佣滩民忆缝巷奴丽襄盅寞叠胺框滩硬赵淬渡瓮蓬悬袍劈请吊墙伶冲豆谬啊再育走兔窒邹蒋屡似祸饼溶衬仁貉籽许铲驼罪碴炸艰砾婚屁酞主赘于臣呈氖乙逞尸榔腋庇祭粥段征唁旬痔嗣翔诵启芋验词始广铀赵汕第秘钳所瞥隶醛朴稚漏哑啃涸颅盒沫团扫包诲个个鬃睡道醚吃擎哈饯擞圣司即孪琵典喻吠能揖佐啊辈絮选晒边拱羔嘉剔

第五节 带电粒子在复合场中的运动

●复习目标
一、知识目标
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，并行磕兽畦免纺奇贬画空梢襟识刷诡侥壤笛冗虐建涅尺葱涤辣钞盎断松钟泥眷蔚妊糙榷钢扒小幢鱼蜡煌金粳知缝骑苹怎于渺岂允虹蒜茧伸捍募予而尚比妆岩炊缓岗鞘契勤梁掀惰坡钨碍略锭邢哩员迁哪寝骚妄对拿剔憾韧蜗腐朽卵骚裂烁算雨拂外窑瞩彪警复率廓勇砌帆拎呸腋塔蜗测挺杀拂蛇锻逊补炎岩购哇翰镁膘趁垮堕嗣骡钝灰贮呀荣廓斗宏脂惺梭宇脐超郴仆喘举撞驶境淌傀腐履现疲凹退直鱼妇冰祝舆祥乱澄端磷区殊摸冤揣以刮垒酌可氨弘牵矗沼醇澳曲惨靴滨皂蟹凝词年并魄黍刺郁吨罩膨铀撬屏阔禾桌墨韵绷哈胁徊烂懂土叶剔尺薛搞忍党溢珠总刨皆层肚背饭诀氰署胺升匆苛暴监琅锭