高二物理選修3136帶電粒子在勻強磁場中的運動

1、教 案2年6班 課題帶電粒子在勻強磁場中的運動課型新課組長簽字教學目標知識與技能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強度的方向垂直時，粒子在勻磁場中做勻速圓周運動。3會推導帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑、周期公式，并會用它們解答有關(guān)問題.知道質(zhì)譜儀的工作原理。過 程與方 法1通過綜合運用力學知識、電磁學知識解決帶電粒子在電場和磁場中的運動問題。2培養(yǎng)學生的分析推理能力。情感態(tài)度與價值 觀通過對本節(jié)的學習，了解科技成果對人類進步產(chǎn)生的影響。重 點帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑和周期公式，并能用來分析有關(guān)問題。難 點1帶電粒子進入勻強磁場時的受力分析與

2、運動分析。2初步運用力學知識、電磁學知識分析帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動問題。教學器材洛倫茲力演示儀、多媒體，投影儀。教學方法提問、討論、講解、實驗演示、練習反饋。復習提問1什么是洛倫茲力？ 2洛倫茲力的公式？3洛倫茲力的方向如何確定？4洛倫茲力有什么特點？情境設計帶電粒子進入勻強磁場時會做什么運動呢？今天我們來學習帶電粒子在勻強磁場中的運動。 說明：本節(jié)課研究的帶電粒子為質(zhì)子，電子，原子核等基本粒子，它們的質(zhì)量極小，重力可忽略不計。提出問題：思考：帶電粒子射入勻強磁場時，有幾種可能的情況？ 1帶電粒子的速度方向與磁場方向平行。 2帶電粒子的速度方向與磁場方向垂直。 3帶電粒子的速度方向

3、與磁場方向成一定夾角。從理論上分析在這幾種情況下，帶電粒子進入磁場時的受力情況和運動情況又是什么樣的呢？ 1 當速度平行于磁場方向時：f洛=0，粒子做勻速直線運動，軌跡是一條直線。實驗驗證：投影：介紹洛倫茲力演示儀的結(jié)構(gòu)和工作原理。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；當磁場與粒子的速度方向垂直時，觀察帶電粒子在勻強磁場中的運動軌跡也是直線。2 當速度垂直于磁場方向時：學生思考：帶電粒子受到什么力的作用？ 這個力的方向和粒子的速度方向存在什么關(guān)系？粒子所受的力做功嗎？ 這個力對電子的運動有什么作用？要明確所研究的物理現(xiàn)象的條件：在勻強磁場中垂直于磁場方向運動的帶

4、電粒子。分析帶電粒子的受力情況，用左手定則明確帶電粒子初速度與所受到的洛倫茲力在同一平面內(nèi)，所以只可能做平面運動。洛倫茲力的方向總是與速度方向垂直，洛倫茲力不對運動的帶電粒子做功，因此帶電粒子的速率不變，洛倫茲力的大小也不變，這個洛倫茲力的作用效果是改變粒子運動速度的方向，根據(jù)牛頓第二定律，洛倫茲力使運動的帶電粒子產(chǎn)生向心加速度，沿著垂直速度方向的洛倫茲力起到了向心力的作用，由此判斷帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動。（投影演示洛倫茲力作用下帶電粒子的速度偏轉(zhuǎn)情況，幫助學生分析帶電粒子的運動情況。） 實驗現(xiàn)象：加上勻強磁場，電子的徑跡由直線變?yōu)閳A周。驗證前面的分析結(jié)論。 既然VB時，帶電粒子的

5、運動軌跡是圓周，粒子做圓周運動的向心力必然是由洛倫茲力充當?shù)?。則由f洛=F向可得：qvB=mv2/r 由得： 【說明】 (1)軌道半徑和粒子的運動速率成正比。 (2)帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的周期跟軌道半徑和運動速率無關(guān)。調(diào)節(jié)加速電壓，勵磁電流，觀察半徑r的變化情況，比較與推導結(jié)果是否相符。投影：通過氣泡室顯示的帶電粒子在勻強磁場中的運動徑跡 分析帶電粒子運動軌跡的形成原因先由上述公式分析調(diào)節(jié)加速電壓和勵磁電流時電子的軌首半徑發(fā)生的變化，再用洛倫茲力演示儀進行驗證。3當速度與磁場方向成一定夾角：【討論】 在勻強磁場中如果帶電粒子的運動方向不與磁感應強度方向垂直，它的運動軌跡是什么樣的曲線

6、？ 分析：當帶電粒子的速度分別為平行于B的分量v1和垂直于B的分量v2，因為v1和B平行，v1不產(chǎn)生洛倫茲力，粒子q在平行于B的方向上做勻速直線運動，v2 和B垂直，所受洛倫茲力為qv2B，故粒子在垂直于B的平面內(nèi)做勻速圓周運動，結(jié)合兩個方向上的運動情況可得：粒子的合運動是一個等距螺旋運動。 用洛倫茲力演示儀演示等距螺旋運動。例：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S 飄入電勢差為U的加速電場，其初速度幾乎為零，然后經(jīng)過S3沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度為B的勻強磁場中，最后打到照相底片D上。 (1)粒子進入磁場時的速率。 (2)求粒子在磁場中運動的軌道半徑。解：1）粒子

7、在S 區(qū)做初速度為零的勻加速直線運動由動能定理得： 2）由f洛=F向可得：qvB=mv2/r 將速度v代入得： 針對訓練：1、帶電粒子以一定速度垂直射入勻強磁場，若只考慮洛倫茲力，則粒子（ ） A.動能不變. B.速率不變 . C.速度不變. D.加速度不變.2、一帶電粒子在磁感強度為B的勻強磁場中做勻速圓周運動，如它又順利進入另一磁感強度為2B的勻強磁場中仍做勻速圓周運動，則（ ）A、粒子的速率加倍，周期減半 B、粒子的速率不變，軌道半徑減半C、粒子的速率減半，軌道半徑變?yōu)樵瓉?/4D、粒子速率不變，周期減半3、質(zhì)子和粒子以相同的速度垂直進入同一勻強磁場中，它們都做勻速圓周運動，它們的軌道半徑和運動周期的關(guān)系是（ ） A、R質(zhì)：R =1：2，T質(zhì)：T =1：2 B、R質(zhì)：R =2：1，T質(zhì)：T =2：1 C、R質(zhì)：R =1：2，T質(zhì)：T =2：1 D、R質(zhì)：R =1：4，T質(zhì)：T =1：44.有三束粒子,分別是質(zhì)子 、