第三章第六节-洛仑兹力与现代技术(1课时).doc

第六节 洛仑兹力与现代技术（1课时）
教学目标
（一）知识目标
1、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度方向垂直时，做匀速圆周运动．
2、会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，并会用它们解答有关问题．
3、知道质谱仪的工作原理．
（二）能力目标
通过推理、判断带电粒子在磁场中的运动性质的过程，培养学生严密的逻辑推理能力．
（三）德育目标
通过学习质谱仪的工作原理，让学生认识先进科技的发展，培养学生对物理的学习兴趣．
教学重点
带电粒子垂直射入匀强磁场中的运动半径和运动周期．
教学难点
确定垂直射入匀强磁场中的带电粒子运动是匀速圆周运动．
教学用具
演示用特制的电子射线管。
教学方法
实验、讨论
教学步骤
（一）复习
（二）新授
引入：
上一节我们学习了洛仑兹力的概念，我们知道带电粒子垂直磁场方向运动时，会受到大小，方向始终与速度方向垂直的洛仑兹力作用，今天我们来研究一下，受洛仑兹力作用的带电粒子是如何运动的？
进行：
1、观察实验：
①演示带电粒子在电场中加速后的运动轨迹；
②演示当建立了与运动方向垂直的匀强磁场后带电粒子的运动轨迹，引导学生观察做圆周运动所在平面与磁场方向的关系。
③改变加速电场的电压，观察粒子圆周运动的半径的变化；改变磁场的强弱，观察粒子运动时半径的变化。
2、讨论半径与周期（以学生推导为主）
①圆周运动的半径公式:

∴
②周期公式的推导:
∴
注:周期的大小与半径和速度无关.
例1： 同一种带电粒子以不同的速度垂直射入匀强磁场中，其运动轨迹如图所示，则可知
　　（1）带电粒子进入磁场的速度值有几个？
　　（2）这些速度的大小关系为       ．
　　（3）三束粒子从O点出发分别到达1、2、3点所用时间关系为      ．
例2：当氢核和氦核以相同的动量垂直进入磁场后，分别做匀速圆周运动，则氢核与氦核的半径之比为 ；周期之比为 。若以相同的动能进入磁场，其半径之比为 ；周期之比为 。
例3：讨论:速度不同,质量也不同的带电粒子垂直进入同一磁场，若其周期相同，则它们还有哪些量是相同的？
3、速度选择器和质谱仪的工作原理
⑴速度选择器：将一带正电的粒子q以速度v垂直进入匀强电场,在电场力的作用下将发生偏转.若在匀强电场范围内再加一匀强磁场，使该粒子的运动不发生偏转，则所加的磁场的方向如何？Ｂ的大小是多少？
∵　　　∴
∴
引出速度选择器：只有满足的粒子才能通过速度选择器．
讨论：若将一个能通过某速度选择器的正电荷换成一个电量相同的负电荷，速度不变，还能通过该速度选择器吗？
⑵质谱仪
首先请同学们阅读课本上例题的分析求解过程，然后组织学生讨论质谱仪的工作原理．
（三）小结：
本节课我们学习了带电粒子垂直于匀强磁场运动的情况，经过实验演示和理论分析得出粒子做匀速圆周运动．并根据牛顿运动定律得出粒子运动的半径公式和周期公式．最后我们讨论了它的一个具体应用——质谱仪．
但应注意的是如果带电粒子速度方向不是垂直匀强磁场方向时，带电粒子将不再是作匀速圆周运动．
（四）作业

课后训练：
关于带电粒子在磁场中的运动周期
　　例1 如图所示，正、负电子初速度垂直于 磁场方向，沿与边界成θ＝30°角的方向射入匀强磁场中，求它们在磁场中的运动时间之比．
　　解析：正电子将沿逆时针方向运动，经过磁场的偏转角为：
　　负电子将沿顺时针方向运动，经过磁场的偏转角为
　　因为正、负电子在磁场中运动的周期相同（），故它们的角速度也相同，根据φ=ωt　可知，正、负电子在磁场中运动的时间之比为：

关于带电粒子在磁场中的运动轨迹
　　例2 如图所示的矩形abcd范围内有垂直纸面向外的磁感应强度为B的匀强磁场，且ab长度为L，现有荷质比为的正高离子在a处沿ab方向射入磁场，求离子通过磁场后的横向偏移y和偏向角φ（设离子刚好从C点飞出）．
　　解析：离子作匀速圆周运动从 ，易知圆心在图中的O处，即a、c两处速度垂线的交点处．
　　横向偏移
　　   故有

　　从图中易知偏向角 即为圆心角，而
　　∴