第三章第六節(jié) 洛侖茲力與現(xiàn)代技術(shù)1課時(shí)
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第三章第六節(jié) 洛侖茲力與現(xiàn)代技術(shù)1課時(shí)
第六節(jié) 洛侖茲力與現(xiàn)代技術(shù)(1課時(shí))教學(xué)目標(biāo)(一)知識(shí)目標(biāo)1、理解帶電粒子的初速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直時(shí),做勻速圓周運(yùn)動(dòng)2、會(huì)推導(dǎo)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑、周期公式,并會(huì)用它們解答有關(guān)問題3、知道質(zhì)譜儀的工作原理(二)能力目標(biāo)通過推理、判斷帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的過程,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的邏輯推理能力(三)德育目標(biāo)通過學(xué)習(xí)質(zhì)譜儀的工作原理,讓學(xué)生認(rèn)識(shí)先進(jìn)科技的發(fā)展,培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣教學(xué)重點(diǎn)帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑和運(yùn)動(dòng)周期教學(xué)難點(diǎn)確定垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的帶電粒子運(yùn)動(dòng)是勻速圓周運(yùn)動(dòng)教學(xué)用具演示用特制的電子射線管。教學(xué)方法實(shí)驗(yàn)、討論教學(xué)步驟(一)復(fù)習(xí)(二)新授引入:上一節(jié)我們學(xué)習(xí)了洛侖茲力的概念,我們知道帶電粒子垂直磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí),會(huì)受到大小,方向始終與速度方向垂直的洛侖茲力作用,今天我們來研究一下,受洛侖茲力作用的帶電粒子是如何運(yùn)動(dòng)的?進(jìn)行:1、觀察實(shí)驗(yàn):演示帶電粒子在電場(chǎng)中加速后的運(yùn)動(dòng)軌跡;演示當(dāng)建立了與運(yùn)動(dòng)方向垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)后帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡,引導(dǎo)學(xué)生觀察做圓周運(yùn)動(dòng)所在平面與磁場(chǎng)方向的關(guān)系。改變加速電場(chǎng)的電壓,觀察粒子圓周運(yùn)動(dòng)的半徑的變化;改變磁場(chǎng)的強(qiáng)弱,觀察粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)半徑的變化。2、討論半徑與周期(以學(xué)生推導(dǎo)為主)圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式: 周期公式的推導(dǎo): 注:周期的大小與半徑和速度無關(guān).例1: 同一種帶電粒子以不同的速度垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,則可知(1)帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的速度值有幾個(gè)?(2)這些速度的大小關(guān)系為 (3)三束粒子從O點(diǎn)出發(fā)分別到達(dá)1、2、3點(diǎn)所用時(shí)間關(guān)系為 例2:當(dāng)氫核和氦核以相同的動(dòng)量垂直進(jìn)入磁場(chǎng)后,分別做勻速圓周運(yùn)動(dòng),則氫核與氦核的半徑之比為 ;周期之比為 。若以相同的動(dòng)能進(jìn)入磁場(chǎng),其半徑之比為 ;周期之比為 。例3:討論:速度不同,質(zhì)量也不同的帶電粒子垂直進(jìn)入同一磁場(chǎng),若其周期相同,則它們還有哪些量是相同的?3、速度選擇器和質(zhì)譜儀的工作原理速度選擇器:將一帶正電的粒子q以速度v垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng),在電場(chǎng)力的作用下將發(fā)生偏轉(zhuǎn).若在勻強(qiáng)電場(chǎng)范圍內(nèi)再加一勻強(qiáng)磁場(chǎng),使該粒子的運(yùn)動(dòng)不發(fā)生偏轉(zhuǎn),則所加的磁場(chǎng)的方向如何?的大小是多少?引出速度選擇器:只有滿足的粒子才能通過速度選擇器討論:若將一個(gè)能通過某速度選擇器的正電荷換成一個(gè)電量相同的負(fù)電荷,速度不變,還能通過該速度選擇器嗎?質(zhì)譜儀首先請(qǐng)同學(xué)們閱讀課本上例題的分析求解過程,然后組織學(xué)生討論質(zhì)譜儀的工作原理(三)小結(jié):本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了帶電粒子垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的情況,經(jīng)過實(shí)驗(yàn)演示和理論分析得出粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)并根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律得出粒子運(yùn)動(dòng)的半徑公式和周期公式最后我們討論了它的一個(gè)具體應(yīng)用質(zhì)譜儀但應(yīng)注意的是如果帶電粒子速度方向不是垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向時(shí),帶電粒子將不再是作勻速圓周運(yùn)動(dòng)(四)作業(yè)課后訓(xùn)練:關(guān)于帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期例1 如圖所示,正、負(fù)電子初速度垂直于 磁場(chǎng)方向,沿與邊界成30°角的方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,求它們?cè)诖艌?chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比解析:正電子將沿逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng),經(jīng)過磁場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)角為: 負(fù)電子將沿順時(shí)針方向運(yùn)動(dòng),經(jīng)過磁場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)角為 因?yàn)檎?、?fù)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期相同(),故它們的角速度也相同,根據(jù)=t可知,正、負(fù)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為:關(guān)于帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡例2 如圖所示的矩形abcd范圍內(nèi)有垂直紙面向外的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),且ab長度為L,現(xiàn)有荷質(zhì)比為的正高離子在a處沿ab方向射入磁場(chǎng),求離子通過磁場(chǎng)后的橫向偏移y和偏向角(設(shè)離子剛好從C點(diǎn)飛出)解析:離子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)從 ,易知圓心在圖中的O處,即a、c兩處速度垂線的交點(diǎn)處橫向偏移 故有從圖中易知偏向角 即為圓心角,而