辽宁省北票市高中物理第三章磁场3.6带电粒子在匀强磁场中的运动学案设计无答案新人教版选修3_1.doc

6带电粒子在匀强磁场中的运动学习目标1.根据洛伦兹力的特点,理解带电粒子垂直进入磁场做匀速圆周运动.2.以洛伦兹力为向心力推导出带电粒子在磁场中做圆周运动的半径.3.掌握质谱仪和回旋加速器的工作原理.自主探究1.带电粒子沿着电场线方向飞入匀强电场,将做什么运动?2.带电粒子垂直于电场线方向飞入匀强电场,将做什么运动?3.物体做匀速圆周运动的条件是什么?4.匀速圆周运动中向心力需要单独受力分析吗?若不是,那要怎样分析?5.匀速圆周运动的向心力公式是什么?6.带电粒子在磁场中的运动(1)洛伦兹力不改变带电粒子速度的,或者说洛伦兹力对带电粒子不,不改变粒子的. (2)沿着与磁场方向垂直的方向射入磁场的带电粒子,在匀强磁场中做. 合作探究一、带电粒子在匀强磁场中的运动【问题组一】1.带电粒子沿着磁感线方向飞入匀强磁场,将做什么运动?2.带电粒子垂直于磁感线方向飞入匀强磁场,又做什么运动呢?(1)洛伦兹力方向与速度方向什么关系?洛伦兹力做功吗?(2)洛伦兹力对带电粒子的运动起到什么作用?(3)洛伦兹力的大小改变吗?方向呢?【跟踪练习】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.洛伦兹力做功吗?二、相关公式的推导【问题组二】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1:什么力给带电粒子做圆周运动提供向心力?问题2:向心力的计算公式是什么?问题3:(1)轨道半径和什么因素有关?(2)带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期与什么有关?【讨论】在匀强磁场中如果带电粒子的运动方向不和磁感应强度方向垂直,它的运动轨道是什么样的曲线?【例题】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)粒子进入磁场时的速率;(2)求粒子在磁场中运动的轨道半径.三、质谱仪、回旋加速器【问题组三】阅读教材及例题,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.分析影响粒子落点位置d的因素有哪些.4.若磁场确定,测出d,那么我们实际上是测出了什么?5.若磁场一定,我们控制进入的粒子具有相同的电荷量,测出d,我们可以测量有关粒子的什么信息?6.现代科学利用质谱仪分析什么?【问题组四】回旋加速器1.如何保证粒子每次经过金属盒缝隙时都是被加速?2.从图中我们看到,越转圆的半径越大,这是为什么?3.粒子的运动越来越快,也许粒子走过半圆的时间间隔越来越短,这样两盒间电势差的正负变换就要越来越快,从而造成技术上的一个难题,实际情况是这样吗?4.粒子在半径为R的回旋加速器中获得的最大动能为多少?与什么因素有关?【例题】1989年初,我国投入运行的高能粒子回旋加速器可以把电子的能量加速到2.8 GeV;若改用直线加速器加速,设每级的加速电压为U=2.0×105 V,则需要几级加速?课堂检测1.有一圆形边界的匀强磁场区域,一束质子流以不同的速率,由圆周上的同一点,沿半径方向射入磁场,质子在磁场中()A.路程长的运动时间长B.速率小的运动时间短C.偏转角度大的运动时间长D.运动的时间有可能无限长3.三种粒子HHHe,它们以下列情况垂直进入同一匀强磁场,求它们的轨道半径之比.(1)具有相同速度;(2)具有相同动能.3.如图所示,一束电子流以速率v通过一个处于矩形空间的匀强磁场,速度方向与磁感线垂直.且平行于矩形空间的其中一边,矩形空间边长为a和a,电子刚好从矩形的相对的两个顶点间通过,求电子在磁场中的飞行时间.4.已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感应强度B=1.5 T,D形盒的半径为R=60 cm,两盒间电压U=2×104 V,若粒子从间隙中心某处向D形盒内以近似等于零的初速度垂直于半径的方向射入,求粒子在加速器内运行的时间的最大可能值.4