遼寧地區(qū)高中物理第三章磁場(chǎng)3.6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)案設(shè)計(jì)無(wú)解答新人教選修.docx

6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.根據(jù)洛倫茲力的特點(diǎn),理解帶電粒子垂直進(jìn)入磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng).2.以洛倫茲力為向心力推導(dǎo)出帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑.3.掌握質(zhì)譜儀和回旋加速器的工作原理.自主探究1.帶電粒子沿著電場(chǎng)線方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng),將做什么運(yùn)動(dòng)?2.帶電粒子垂直于電場(chǎng)線方向飛入勻強(qiáng)電場(chǎng),將做什么運(yùn)動(dòng)?3.物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件是什么?4.勻速圓周運(yùn)動(dòng)中向心力需要單獨(dú)受力分析嗎?若不是,那要怎樣分析?5.勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力公式是什么?6.帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(1)洛倫茲力不改變帶電粒子速度的,或者說(shuō)洛倫茲力對(duì)帶電粒子不,不改變粒子的.(2)沿著與磁場(chǎng)方向垂直的方向射入磁場(chǎng)的帶電粒子,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做.合作探究一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)【問(wèn)題組一】1.帶電粒子沿著磁感線方向飛入勻強(qiáng)磁場(chǎng),將做什么運(yùn)動(dòng)?2.帶電粒子垂直于磁感線方向飛入勻強(qiáng)磁場(chǎng),又做什么運(yùn)動(dòng)呢?(1)洛倫茲力方向與速度方向什么關(guān)系?洛倫茲力做功嗎?(2)洛倫茲力對(duì)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)起到什么作用?(3)洛倫茲力的大小改變嗎?方向呢?【跟蹤練習(xí)】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.洛倫茲力做功嗎?二、相關(guān)公式的推導(dǎo)【問(wèn)題組二】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1:什么力給帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)提供向心力?問(wèn)題2:向心力的計(jì)算公式是什么?問(wèn)題3:(1)軌道半徑和什么因素有關(guān)?(2)帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期與什么有關(guān)?【討論】在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中如果帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向不和磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直,它的運(yùn)動(dòng)軌道是什么樣的曲線?【例題】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的磁場(chǎng)中,最后打到底片D上. (1)粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速率;(2)求粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑.三、質(zhì)譜儀、回旋加速器【問(wèn)題組三】閱讀教材及例題,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.3.分析影響粒子落點(diǎn)位置d的因素有哪些.4.若磁場(chǎng)確定,測(cè)出d,那么我們實(shí)際上是測(cè)出了什么?5.若磁場(chǎng)一定,我們控制進(jìn)入的粒子具有相同的電荷量,測(cè)出d,我們可以測(cè)量有關(guān)粒子的什么信息?6.現(xiàn)代科學(xué)利用質(zhì)譜儀分析什么?【問(wèn)題組四】回旋加速器1.如何保證粒子每次經(jīng)過(guò)金屬盒縫隙時(shí)都是被加速?2.從圖中我們看到,越轉(zhuǎn)圓的半徑越大,這是為什么?3.粒子的運(yùn)動(dòng)越來(lái)越快,也許粒子走過(guò)半圓的時(shí)間間隔越來(lái)越短,這樣兩盒間電勢(shì)差的正負(fù)變換就要越來(lái)越快,從而造成技術(shù)上的一個(gè)難題,實(shí)際情況是這樣嗎?4.粒子在半徑為R的回旋加速器中獲得的最大動(dòng)能為多少?與什么因素有關(guān)?【例題】1989年初,我國(guó)投入運(yùn)行的高能粒子回旋加速器可以把電子的能量加速到2.8 GeV;若改用直線加速器加速,設(shè)每級(jí)的加速電壓為U=2.0105 V,則需要幾級(jí)加速?課堂檢測(cè)1.有一圓形邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,一束質(zhì)子流以不同的速率,由圓周上的同一點(diǎn),沿半徑方向射入磁場(chǎng),質(zhì)子在磁場(chǎng)中()A.路程長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)B.速率小的運(yùn)動(dòng)時(shí)間短C.偏轉(zhuǎn)角度大的運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)D.運(yùn)動(dòng)的時(shí)間有可能無(wú)限長(zhǎng)3.三種粒子HHHe,它們以下列情況垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng),求它們的軌道半徑之比.(1)具有相同速度;(2)具有相同動(dòng)能.3.如圖所示,一束電子流以速率v通過(guò)一個(gè)處于矩形空間的勻強(qiáng)磁場(chǎng),速度方向與磁感線垂直.且平行于矩形空間的其中一邊,矩形空間邊長(zhǎng)為a和a,電子剛好從矩形的相對(duì)的兩個(gè)頂點(diǎn)間通過(guò),求電子在磁場(chǎng)中的飛行時(shí)間.4.已知回旋加速器中D形盒內(nèi)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.5 T,D形盒的