人教版高中物理第五節(jié)《帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》教案

1、第五節(jié) 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)復(fù)習(xí)目標(biāo)一、知識(shí)目標(biāo)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.二、能力目標(biāo)能綜合運(yùn)用力學(xué)知識(shí)、電磁學(xué)知識(shí)解決帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的問(wèn)題.三、德育目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生的分析推理能力.復(fù)習(xí)重點(diǎn)掌握帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期公式，并能用來(lái)分析有關(guān)問(wèn)題.復(fù)習(xí)難點(diǎn)1.粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng).2.綜合運(yùn)用力學(xué)知識(shí)、電磁學(xué)知識(shí)解決帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的問(wèn)題.復(fù)習(xí)方法分析推導(dǎo)法

2、、閱讀法復(fù)習(xí)過(guò)程投影片出示本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)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).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)的半徑及周期公式.4.理解質(zhì)譜儀工作原理.復(fù)習(xí)目標(biāo)完成過(guò)程一、復(fù)習(xí)提問(wèn)，問(wèn)題什么是洛倫茲力？學(xué)生答磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力問(wèn)題帶電粒子在磁場(chǎng)中是否一定受洛倫茲力？學(xué)生答不一定，洛倫茲力的計(jì)算公式為f=qvbsin，為電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角，當(dāng)=90時(shí)，f=qvb;當(dāng)=0時(shí)，f=0.問(wèn)題帶電粒子垂直磁場(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)帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)、質(zhì)譜儀.二、理論復(fù)習(xí)歸納：演示

3、實(shí)驗(yàn)介紹電子射線(xiàn)管的工作原理，進(jìn)行實(shí)驗(yàn).教師講述電子射線(xiàn)管的工作原理：由電子槍發(fā)出的電子射線(xiàn)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(jìn)行演示實(shí)驗(yàn).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(xiàn)；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(xiàn)圈產(chǎn)生的），電子的徑跡變彎曲成圓形.教師引導(dǎo)學(xué)生分析得出結(jié)論當(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).帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的受力及運(yùn)動(dòng)情況分析.出示投影片1.電子受到怎樣的力的作用？這個(gè)力和電子的速度的關(guān)系是怎樣的？2.洛倫茲力對(duì)電子的運(yùn)動(dòng)有什么作用？3.有沒(méi)有其他力作用使電子離開(kāi)

4、磁場(chǎng)方向垂直的平面？4.洛倫茲力做功嗎？學(xué)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(méi)有力作用使電子離開(kāi)磁場(chǎng)方向垂直的平面.4.洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功.投影片出示板書(shū)帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，粒子在垂直磁場(chǎng)方向的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，此洛倫茲力不做功.過(guò)渡句帶電粒子在勻強(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(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？問(wèn)題什么力給帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)提供向心力？學(xué)生答洛倫茲力給帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)提供向心力？問(wèn)題向心力的

5、計(jì)算公式是什么？學(xué)生答f=m教師推導(dǎo)粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)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(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，求軌道半徑之比.（1）具有相同速度（2）具有相同動(dòng)量（3）具有相同動(dòng)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?yàn)閙v、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(shì)差為u的加速電場(chǎng)，然后讓粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為b

6、的磁場(chǎng)中，最后打到底片d上. (1)粒子在s1區(qū)做什么運(yùn)動(dòng)?(2)在s2區(qū)做何種運(yùn)動(dòng)，在s3區(qū)將做何種運(yùn)動(dòng)?(3)假如粒子沿一半圓運(yùn)動(dòng)打到底片d上，b距離d多遠(yuǎn)？解答：(1)粒子在s1區(qū)做初速度為零的勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng).（2）在s2區(qū)做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，在s3區(qū)做勻速圓周運(yùn)動(dòng).（3）由動(dòng)能定理知，粒子在電場(chǎng)中得到的動(dòng)能等于電場(chǎng)對(duì)它所做的功，即由此可得v=.粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r=mv/qb=教師講解r和進(jìn)入磁場(chǎng)的速度無(wú)關(guān)，進(jìn)入同一磁場(chǎng)時(shí)，r，而且這些個(gè)量中，u、b、r可以直接測(cè)量，那么，我們可以用裝置來(lái)測(cè)量荷質(zhì)比.閱讀課文，回答以下問(wèn)題：1.試述質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu).2.試述質(zhì)譜儀的工作原理

7、.3.什么是同位素？4.質(zhì)譜儀最初是由誰(shuí)設(shè)計(jì)的？5.試述質(zhì)譜儀的主要用途.閱讀后學(xué)生回答：1.質(zhì)譜儀由靜電加速極、速度選擇器、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)、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(jìn)入磁場(chǎng)后將沿著不同的半徑做圓周運(yùn)動(dòng)，打到照相底片不同的地方，在底片上形成若干譜線(xiàn)狀的細(xì)條，叫質(zhì)譜線(xiàn)，每一條對(duì)應(yīng)于一定的質(zhì)量，從譜線(xiàn)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(chēng)為同位素.4.質(zhì)譜儀最初是由湯姆生的學(xué)生阿斯頓設(shè)計(jì).5.質(zhì)譜儀是一種十分精密的儀器，是測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具.投影片出示練習(xí)題1.勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有兩

8、個(gè)電子分別以速率v和2v沿垂直于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，哪個(gè)電子先回到原來(lái)的出發(fā)點(diǎn)？學(xué)生答因?yàn)殡娮釉趧驈?qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期和電子的速率無(wú)關(guān)，所以?xún)蓚€(gè)電子同時(shí)回到原來(lái)的出發(fā)點(diǎn).2.質(zhì)子和一價(jià)鈉離子分別垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如果它們的圓運(yùn)動(dòng)半徑恰好相等，這說(shuō)明它們?cè)趧傔M(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)_a.速率相等b.動(dòng)量大小相等c.動(dòng)能相等d.質(zhì)量相等學(xué)生答b問(wèn)題帶電粒子在磁場(chǎng)和電場(chǎng)中受力有什么區(qū)別呢？教師引導(dǎo)學(xué)生分析得出結(jié)論1.電場(chǎng)對(duì)靜止或運(yùn)動(dòng)的帶電粒子都有電場(chǎng)力（庫(kù)侖力）的作用.磁場(chǎng)只對(duì)運(yùn)動(dòng)的帶電粒子有磁場(chǎng)力（洛倫茲力）的作用（條件是v與b不平行）.2.庫(kù)侖力跟電場(chǎng)強(qiáng)度e的方向相同（正電荷）或相反（負(fù)電荷），洛

9、倫茲力跟磁感應(yīng)強(qiáng)度b的方向垂直.3.庫(kù)侖力不受粒子運(yùn)動(dòng)速度的影響，洛倫茲力則與粒子運(yùn)動(dòng)速度有關(guān).三、小結(jié)本節(jié)課我們主要復(fù)習(xí)了1.洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功.2.帶電粒子的初速度方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直時(shí)，粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng).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.四、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì)1.質(zhì)子和粒子由靜止出發(fā)經(jīng)同一加速電場(chǎng)加速后，沿垂直磁感線(xiàn)方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則它們?cè)诖艌?chǎng)中的各個(gè)運(yùn)動(dòng)參量間的關(guān)系正確的是_a.動(dòng)能之比為12b.速率之比為1c.軌道半徑之比為2d.運(yùn)動(dòng)周期之比為12 2.如圖所示，半徑為r的圓形

10、空間內(nèi)，存在著垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一個(gè)帶電粒子（不計(jì)重力），從a點(diǎn)以速度v0垂直磁場(chǎng)方向射入磁場(chǎng)中，并從b點(diǎn)射出，aob=120，則該帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為_(kāi)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(gè)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(jìn)入有勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)的區(qū)域，電場(chǎng)e的方向向下，磁場(chǎng)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(guò)另一個(gè)小孔s，為了把從s射出來(lái)的兩種銅離子分開(kāi)，讓它們?cè)龠M(jìn)入另一個(gè)方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)b2中，使兩種離子分別沿不同半徑的圓形軌道運(yùn)動(dòng)，試分別求出兩

11、種離子的軌道半徑.已知：e=1.0105 v/m,b1=0.40 t，b2=0.50 t，e=1.6010-19c質(zhì)量數(shù)是63的銅離子質(zhì)量m1=631.6610-27 kg質(zhì)量數(shù)是65的銅離子質(zhì)量m2=651.6610-27 kg 4.長(zhǎng)為l的水平板間，有垂直紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖所示，磁感應(yīng)強(qiáng)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(jì)重力），從左邊極板間中點(diǎn)處垂直磁感線(xiàn)以速度v水平射入磁場(chǎng)，欲使粒子不打在極板上，可采用的辦法是_a.使粒子的速度vc.使粒子的速度vd.使粒子的速度vm2m3b.m3m2m1c.m1m2=12d.m2m3=21 7.如圖所示，一

12、個(gè)質(zhì)量為m、帶電量為q的粒子，以速度v垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，粒子經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，受到的沖量大小為mv，不計(jì)重力，則這段時(shí)間可能為_(kāi)a.2m/qbb.m/qbc.m/3qbd.7m/3qb 8.如圖所示，一個(gè)帶電粒子在b=0.8 t的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，其速度方向始終與磁場(chǎng)方向垂直，它從軌跡上a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)所用時(shí)間是210-4 s，繼續(xù)從b點(diǎn)再運(yùn)動(dòng)到a點(diǎn)所用時(shí)間為1.010-3 s，已知a、b兩點(diǎn)間的距離直線(xiàn)距離為0.3 m，粒子的帶電量是310-8 c，不計(jì)粒子重力，該粒子運(yùn)動(dòng)量大小為_(kāi)a.7.210-9 kgm/sb.3.610-9 kgm/sc.1.4410-8 kgm/sd.2.8810-8 kgm/s9.如圖所示，一帶電粒子垂直射入一自