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1、带电粒子在匀强磁场中的运动I 教材分析）带电粒子在磁场中的运动是人教版高中物理选修3-1第三章磁场三章最第六节的内容， 本节课是磁场这一章内容的重中之重，在高考题中常以综合计算题形式出现，本节教材既联 系了高一的匀速圆周运动内容，又承接前面带电粒子在磁场中所受洛伦兹力的内容，既是力 学部分和电磁学部分旧知识的回忆复习，又是将这两部分有机整合进行全新理论的构建过程。 学好本节内容将增强学生科学素质，能为今后进一步更好地掌握学习方法打下基础.教学目标 4 ,。八，、 2 J / 7 II 17 .1、理解洛伦兹力对粒子不做功.2、理解带电粒子的v与B垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动.3、会推
2、导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的r、T及其应用。4、知道质谱仪与回旋加速器的基本构造、工作原理 及用途。【过程与方法目标】通过综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在复合场（电场、磁场）中的问题.培 养学生的分析推理能力以及应用物理知识解决实际问题的能力【情感态度价值观目标】通过对本节的学习，充分了解科技的威力，体会科技的创新历程教学重难点【教学重点】带电粒子垂直进入匀强磁场中运动的规律。1、 半径和周期公式的应用。【教学难点】带电粒子在匀强磁场中运动轨迹的确定。一、教学过程一：艮刀回顺.带电粒子在磁场中受洛伦兹力的计算公式？带电粒子运动方向垂直于磁场方向，F二qvB,该公式的设用条件
3、是V与B相互垂直，带电粒子 运动方向平行于磁场方向，F二0。1 .带电粒子进入磁场时所受的洛伦兹力的方向?与磁场的方向垂直。二：问题讨论：1、带电粒子的轨迹在哪个方位？水平面内2、速度如何变化？大小不变，方向时刻改变。3、受力如何变化？大小不变，方向时刻改变。4、轨迹是什么形状？圆形演示实验：洛伦兹力演示仪工作原理：由电子枪发出的电子射线可以使管的低压水银蒸汽发出辉光，显示出电子的径迹。两个平行的通电环形线圈可产生沿轴线方向的匀强磁场 实验现象：在暗室中可以清楚地看到，在没有磁场作用时, 电子的径迹是直线；在管外加上匀强磁场，电子的径迹变 弯曲成圆形。励磁线圈 （前后各一个）玻璃泡电子枪乙结构
4、图结论：带电粒子垂直进入磁场中，粒子在垂直磁场方向的平面内做匀速圆周运动，此洛伦兹力不做功。问题：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？推导：2二 V粒子做匀速圆周运动所需的向心力F - m 由粒子所受的洛伦兹力提供的，所以说明：r1、轨道半径和粒子的运动速率成正比。2、带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期和运动速率无关。例题：如图所示，一束带正电的相同的粒子垂直磁场边界自0点射入匀强磁场中后分成了3不计粒子的重力作用，已知不计粒子的重力作用，已知V3束，其运动轨迹如图，粒子运动方向与磁场方向垂直,0A=0C/2=0D/3,则这三
5、束粒子的速率之比电荷在匀强磁场中的三种运动形式如运动电荷在匀强磁场中除洛仑兹力外其他力均忽略 不计（或均被平衡）当VB时，所受洛仑兹力为零，做匀速直线运动;（2）当VJ_B时，所受洛仑兹力提供向心力，做匀速圆周 运动；qvB=mv2/RR 二 mv/qBT=2 兀 R/v=2 兀 m/ qB在同一磁场中，不同的速度的运动粒子，其周期与速度无关，只与其荷质比有关.当u与B夹一般角度时丁由于可以将u正交分解为u 和u，（分别平行于和垂直于）B, 因此电荷一方向以u 的速度在平行于B的方向上做匀速直线运动，另一方向以u,的速 度在垂直于B的平面内做匀速圆周运动。三：实例应用（一）质谱仪1.构造带电粒
6、子注入器76 74 73 72 70加速电场（U）速度选择器（E、B）偏转磁场（B2）照相底片 例题：一个质量为加、电荷量为Q的粒子，从容器下方的小孔Si飘入电势差为的加速电场,感应强度为8的匀强磁场中，最后打到照然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁相底片D上（如图）（1）求粒子进入磁场时的速率。（2）求粒子在磁场中运动的轨道半径。（二）直线加速器方案一：利用电场加速由此可知电压越高，粒子获得的能量越高，速度越大，但电压不可能无限制地提高（为什么？）困难：技术上不能产生过高电压方案二：多级电场加速P番2 P也4岛6P番2 P也4岛6n级n (JPn+1困难：加速设备长电源极性不能恒定，必须及
7、时改变电源的极性，可采用高频交变电源且要求电源极性变化必 须与粒子运动配合默契步调一致，即满足同步条件，这是确保加速器正常工作的关键所在.为 了满足同步条件，在筒长不变时，高频交变电源的频率要越来越高，或电源频率不变，圆筒 要相应加长.（三）回旋加速器解决上述困难的一个途径是把加速电场“卷起来”用磁场控制轨迹，用电场进行加速思考：回旋加速器中磁场的磁感应强度为B, D形盒的半径为R,两盒间缝隙宽度为d,用该回旋加速器加速质量为m、电量为q的粒子，设粒子加速前的初速度为 零。加速电压为U,求：图3.6-6回旋加速器的原理（1）粒子的回转周期是多大？（2）高频电极的周期为多大？（3）粒子经一个周期加速能量的变化为多少？（4）粒子的最大动能多大？（5）粒子获得最大动能为Ek时，加速的次数和所需时间（6）粒子在金属盒中相邻两条轨道半径之比例：气核（）、瓶核（）、氢核（：He）都垂直磁场方向入射同一匀强磁场，求以下几种情况下，它们轨道半径之比及周期之比各是多少？（1）以相同速率射入磁场；（2）以相同动能射入磁场