带电粒子在匀强磁场中的运动

★★★学科：物理年级：高二时间：2018.11.19审核：★★★东陆高中教案设计稿纸-1-崇德法制博学力行主备小组：第2组组长：陈发廷组员：陈发廷苟发斌共案个案第三节：带电粒子在匀强磁场中的运用（一）教学目标1.带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。洛伦兹力对带电粒子不做功。2.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，知道它们与哪些因素有关，并会用它们解答有关问题。3.知道质谱仪、回旋加速器的工作原理。4.带电粒子在匀强磁场中做圆周运动问题的分析方法。（二）重点1.带电粒子在匀强磁场中做圆周运动问题的分析方法。2.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。难点带电粒子在匀强磁场中做圆周运动问题的分析方法。教学活动（一）引入问题1什么是洛伦兹力？问题2带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？问题3带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时会做什么运动呢？今天我们来学习——带电粒子在匀强磁场中的运动。（二）新课教学1.知识点1带电粒子在匀强磁场中的运动先给学生简单介绍洛伦兹力演示仪的原理，然后观看视频分析解答以下问题。电子受到怎样的力的作用？这个力和电子的速度的关系是怎样的？(电子受到垂直于速度方向的洛伦兹力的作用)洛伦兹力对电子的运动有什么作用？(洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小)有没有其他力作用使电子离开磁场方向垂直的平面？(没有力作用使电子离开磁场方向垂直的平面)洛伦兹力做功吗？(洛伦兹力对运动电荷不做功)板书1．带电粒子在匀强磁场中的运动：沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，粒子在垂直磁场方向的平面内做匀速圆周运动，此洛★★★学科：物理年级：高二时间：2018.11.19审核：★★★东陆高中教案设计稿纸-2-崇德法制博学力行伦兹力不做功。思考与讨论：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径r和周期T与粒子所带电荷量、质量、粒子的速度、磁感应强度有什么关系。给出问题如下。一带电量为q，质量为m，速度为v的带电粒子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其半径r和周期T为多大？洛伦兹力给带电粒子做圆周运动提供向心力向心力的计算公式是F＝mv2/r所以qvB＝mv2/r，由此得出r＝mvqB，T＝2πrv＝2πmqB，可得T＝2πmqB。板书2：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径及周期公式。轨道半径r＝mvqB轨道半径和粒子的运动速率成正比。周期T＝2πm/qB带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期跟轨道半径和运动速率无关。典型例题：教材例题1(P100页）质谱仪的原理做题后讲述质谱仪原理：电荷量相同而质量有微小差别的粒子，它们进入磁场后将沿着不同的半径做圆周运动，打到照相底片不同的地方，在底片上形成若干谱线状的细条，叫质谱线，每一条对应于一定的质量，从谱线的位置可以知道圆周的半径r，如果再已知带电粒子的电荷量q，就可算出它的质量。质谱仪最初是由汤姆生的学生阿斯顿设计。变式训练：优化设计能力提升第7题、例题一、能力提升第四题、教材问题与联系第一、二题。2.知识点2回旋加速器先让学生阅读教材P101页回旋加速器原理，然后提问学生简单讲述。首先，在狭缝A′A′与AA之间，有方向不断做周期变化的电场，其作用是当粒子经过狭缝时，电源恰好提供正向电压，使粒子在电场中加速。狭缝的两侧是匀强磁场，其作用是当被加速后的粒子射入磁场后，做圆运动，经半个圆周又回到狭缝处，使之射入电场再次加速。其次，粒子在磁场中做圆周运动的半径与速率成正比，随着每次加速，半径不断增大，而粒子运动的周期与半径、速率无关，所以每隔相相同的时间（半个周期）回到狭缝处，只要电源以相同的周期变化其方向，就可使粒子每到狭缝处刚好得到正向电压而加速。★★★学科：物理年级：高二时间：2018.11.19审核：★★★东陆高中教案设计稿纸-3-崇德法制博学力行板书3：回旋加速器的旋转周期：粒子运动的周期与半径、速率无关，所以每隔相相同的时间（半个周期）回到狭缝处，只要电源以相同的周期变化其方向，就可使粒子每到狭缝处刚好得到正向电压而加速。板书4：带电粒子经加速后的最终能量：当粒子运动速度最大时，粒子的运动半径也最大，最大半径为D形盒的半径R，由R＝mv/qB得v＝qBR/m，所以最终能量为Em＝mv2/2＝q2B2R2/2m典型例题：优化设计例题3变式训练：教材问题与联系第4题、优化设计基础巩固第4题。3.知识点3带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的分析方法解题思路：一找圆心，二找半径，三找时间。圆心的确定洛F提供向心力，洛F始终与v垂直且沿半径指向圆心，只要能画出带电粒子轨迹上任意两点的洛F的作用线，其延长线的交点即为圆心O。1．已知入射方向和出射方向2．已知入射方向和出射点半径的确定和计算一般运用几何知识，常用三角函数关系、三角形知识（如正弦定理、余弦定理）等来求解。1．粒子速度的偏向角等于回旋角（圆心角），并等于弦AB与切线的夹角（弦切角）的2倍，即2。2．相对的弦切角相等，与相邻的弦切角互补，即180。3．圆周运动的对称性规律：（1）带电粒子从同一边界入射，又从同一边界出射，速度与边界的夹角相等，如甲图所示。﹣BOFFvv﹣BOFvvvOABOBvv甲BOOvv乙★★★学科：物理年级：高二时间：2018.11.19审核：★★★东陆高中教案设计稿纸-4-崇德法制博学力行（2）在圆形匀强磁场区域内，带电粒子沿径向入射，必沿径向出射，如乙图所示。时间的确定粒子在匀强磁场中运行一周的时间为qBmT2，当粒子通过的圆弧所对应的圆心角为时，其运动的时间Tt360（——角度制）或Tt2（——弧度制）。典型例题：优化设计例题2（有界磁场）、触类旁通单边有界磁场）。变式训练：有界磁场有优化设计基础巩固第5、8题、能力提升第6题。单边有界磁场有基础巩固第7题、能力提升第2、5题。4.知识点4带电粒子在复合场中的运动。典型例题：优化设计例题4变式训练：基础巩固第3、6题、能力提升第3题（三）课后练习优化设计基础巩固★★★学科：物理年级：高二时间：2018.11.19审核：★★★东陆高中教案设计稿纸-5-崇德法制博学力行