人教版高中物理帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動

1、第五節(jié) 帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動復(fù)習(xí)目標(biāo)一、知識目標(biāo)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(qiáng)度的方向垂直時，粒子在勻磁場中做勻速圓周運(yùn)動.3.會推導(dǎo)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)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(biāo)能綜合運(yùn)用力學(xué)知識、電磁學(xué)知識解決帶電粒子在復(fù)合場中的問題.三、德育目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生的分析推理能力.復(fù)習(xí)重點掌握帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的半徑和周期公式，并能用來分析有關(guān)問題.復(fù)習(xí)難點1.粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動.2.綜合運(yùn)用力學(xué)知識、電磁學(xué)知識解決帶電粒子在復(fù)合場中的問題.復(fù)習(xí)方法分析推導(dǎo)法

2、、閱讀法復(fù)習(xí)過程投影片出示本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)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(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動.3.會推導(dǎo)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的半徑及周期公式.4.理解質(zhì)譜儀工作原理.復(fù)習(xí)目標(biāo)完成過程一、復(fù)習(xí)提問，問題什么是洛倫茲力？學(xué)生答磁場對運(yùn)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(xué)生答不一定，洛倫茲力的計算公式為f=qvBsin，為電荷運(yùn)動方向與磁場方向的夾角，當(dāng)=90°時，f=qvB;當(dāng)=0°時，f=0.問題帶電粒子垂直磁場方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場時會做什么運(yùn)動呢？今天我們來學(xué)習(xí)帶電粒子在磁場中的運(yùn)動、質(zhì)譜儀

3、.二、理論復(fù)習(xí)歸納：演示實驗介紹電子射線管的工作原理，進(jìn)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(jìn)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(qiáng)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(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方向垂直時，粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動.帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場中的受力及運(yùn)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(yùn)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(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(yùn)動電荷不做功.投影片出示板書帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場中，粒子在垂直磁場方向的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，此洛倫茲力不做功.過渡句帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)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(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)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(yùn)動提供向心力？學(xué)生答洛倫茲力給帶電粒子做圓周運(yùn)動

5、提供向心力？問題向心力的計算公式是什么？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，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(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)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(yùn)動?(2)在S2區(qū)做何種運(yùn)動，在S3區(qū)將做何種運(yùn)動?(3)假如粒子沿一半圓運(yùn)動打到底片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運(yùn)動.（2）在S2區(qū)做勻速直線運(yùn)動，在S3區(qū)做勻速圓周運(yùn)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(yùn)動的軌道半徑為r=mv/qB=教師講解r和進(jìn)入磁場的速度無關(guān)，進(jìn)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(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、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)入磁場后將沿著不同的半徑做圓周運(yùn)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(xì)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(xué)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(xí)題1.勻強(qiáng)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(yùn)動，哪個電子先回到原來的出發(fā)點？學(xué)生答因為電子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)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(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動，如果它們的圓運(yùn)動半徑恰好相等，這說明它們在剛進(jìn)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(xué)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(dǎo)學(xué)生分析得出結(jié)論1.電場對靜止或運(yùn)動的帶電粒子都有電場力（庫侖力）的作用.磁場只對運(yùn)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(qiáng)度E的方向相同（正電

9、荷）或相反（負(fù)電荷），洛倫茲力跟磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向垂直.3.庫侖力不受粒子運(yùn)動速度的影響，洛倫茲力則與粒子運(yùn)動速度有關(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，粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動.3.會推導(dǎo)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)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(xùn)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(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場，則它們在磁場中的各個運(yùn)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(yùn)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(qiáng)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(yùn)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(jìn)入有勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)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(jìn)入另一個方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場B2中，使兩種離子分別沿

11、不同半徑的圓形軌道運(yùn)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(qiáng)磁場，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(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)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(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)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

13、入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)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(qiáng)磁場中運(yùn)動，其速度方向始終與磁場方向垂直，它從軌跡上a點運(yùn)動到b點所用時間是2×10-4 s，繼續(xù)從b點再運(yùn)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(yùn)動量大小為_×10-9 kg·×10-9 kg·m/s×10-8 kg·×10-8 kg·m/s9.如