课件39张PPT。3.6带电粒子在匀强磁场中的运动复习回顾1、定义：磁场对运动电荷的作用力.
安培力是洛伦兹力的宏观表现.
2、方向：左手定则
其中：F ⊥ V ， F ⊥ B
3、大小： V⊥B F洛=qVB
V∥B F洛= 0
4、特点：洛伦兹力只改变速度的方向;
洛伦兹力对运动电荷不做功.1、判断下图中带电粒子（电量q，重力不计）所受洛伦兹力的大小和方向：（1）匀速直线运动。（2）?一、带电粒子在匀强磁场中运动
因为洛伦兹力总是跟粒子的运动方向垂直,所以粒子的速度方向改变.时刻
改变速度
方向
因为洛伦兹力总是跟粒子的运动方向垂直,所以粒子的速度大小不变.不变速度
大小沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力圆或圆弧运动轨迹因为速度方向改变,所以洛伦兹力方向也改变.时刻
改变受力
方向因为速度大小不变,所以洛伦兹力大小也不变.不变受力
大小1)圆半径r2)周期T2、运动规律：洛伦兹力提供向心力半径r跟速率v成正比.周期T跟圆半径r和速率v均无关.如图,水平导线中有电流I通过,导线正下方的电子初速度方向与电流I方向相同,则电子将( )A.沿路径a运动,轨迹是圆
B.沿路径a运动,轨迹半径越来越大
C.沿路径a运动,轨迹半径越来越小
D.沿路径b运动,轨迹半径越来越小B一个带电粒子，沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场．
粒子的一段径迹如下图所示．径迹上的每一小段都可近似看
成圆弧．由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐
减小(带电量不变)．从图中情况可以确定( )A．粒子从a到b，带正电
B．粒子从a到b，带负电
C．粒子从b到a，带正电
D．粒子从b到a，带负电 C 氘核和α粒子，从静止开始经相同电场加速后，垂直进入同一匀强磁场作圆周运动.则这两个粒子的
(1)动能之比为多少?
(2)轨道半径之比为多少?
(3)周期之比为多少?1:21:11:1边长为a的正方形，处于有界磁场，如图所示，一束电子
以不同水平射入磁场后， 分别从c处和d处射出，则vc：vd= ______；
所经历的时间之比tc：td=____________。
2:11:2例题：一个质量为m、电荷量为q的粒子，从容器下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上（图3.6-4）。
⑴求粒子进入磁场时的速率。
⑵求粒子在磁场中运动的轨道半径。
二、质谱仪质谱仪最初是由汤姆生的学生阿斯顿设计的，他用质谱仪发现了氖20和氖22，证实了同位素的存在。现在质谱仪已经是一种十分精密的仪器，是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。半径不同意味着比荷不同，意味着它们是不同的粒子，因此，质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具1、直线加速器：三、回旋加速器：多级加速 ：Ek=qU=qU1+qU2+…+qUn 思考：直线加速器需要空间太大，能否既让带电粒子多次加速，获得较高能量，又尽可能少占空间呢？2、回旋加速器构造：
① 两个D形盒
② 盒间有窄缝
③ 高频交流电磁场方向垂直D形盒，电场在窄缝内，电场方向周期性变化原理：用磁场控制轨道、用电场进行加速。交变电压： 保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速。 问题1：要使粒子每次经过电场都被加速，交变电压的周期TE
与带电粒子在磁场中运动的周期TB有什么关系？TE = TB问题2：已知D形盒的直径为D，匀强磁场的磁感应强度为B，交
变电压的电压为U，求：从出口射出的粒子速度多大?解：当粒子从D形盒出口飞出时，
粒子的运动半径=D形盒的半径问题3：经过回旋加速器加速的带电粒子的最终能量由哪些
因素决定?例3．已知回旋加速器中D 形盒内 ，匀强磁场的磁感应强度
B=1.5T，D形盒的半径为R=60cm，两盒间电压U = 2×104 V，今将α粒子从近于间隙中心某处向D形盒内近似等于零的初速度，垂直于半径的方向射入，求： （1)所加交流电频率是多大？
（2)粒子离开加速器时速度多大？最大动能是多大？
（3)粒子在加速器内运行的时间的最大可能值？ 解：设粒子在D 形盒中运动的最大半径为 R 思路：带电粒子在做圆周运动时，其周期与速度和半径无关，每一周期被加速两次，每次加速获得能量为qU，只要根据D 形盒的半径得到粒子具有的最大动能，即可求出加速次数，进而可知经历了几个周期，在电场中运动时间忽略不计，从而求出总时间. 则 R= mvm /qB vm= RqB/m 粒子被加速的次数为n = Ekm /qU =B2qR2/2mU 1.带电粒子在半无界磁场中的运动
如图，虚线上方存在无穷大的磁场，一带正电的粒子质量m、电量q、若它以速度v沿与虚线成900、 300、 1500、1800角分别射入，请你作出上述几种情况下粒子的轨迹、并求其在磁场中运动的半径、时间。三、有界磁场问题：粒子在磁场中做圆周运动的对称规律： 从同一直线边界射入的粒子，从同一边界射出时，速度与边界的夹角相等。入射角300时入射角1500时如图所示，一束电子（电量为e）以速度v垂直射入磁感应强度为B、宽度为d 的匀强磁场中，穿透磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是30°，则电子的质量是多少？穿过磁场的时间又是多少？课 堂 练 习如图所示,一带正电粒子质量为m,带电量为q,从隔板ab上一个小孔P处与隔板成45°角垂直于磁感线射入磁感应强度为B的匀强磁场区,粒子初速度大小为v,则
(1)粒子经过多长时间再次到达隔板？
(2)到达点与P点相距多远？(不计粒子的重力)v 例：垂直纸面向外的匀强磁场仅限于宽度为d的条形区域内，磁感应强度为B．一个质量为m、电量为q的粒子以一定的速度垂直于磁场边界方向从α点垂直飞入磁场 区，如图所示，当它飞离磁场区时，运动方向偏转θ角．试求粒子的 运动速度v以及在磁场中运动的时间t．?2、如图所示，在半径为R 的圆的范围内，有匀强磁场，方向垂直圆所在平面向里．一带负电的质量为m电量为q粒子，从A点沿半径AO的方向射入，并从C点射出磁场．∠AOC＝120o．则此粒子在磁场中运行的时间t＝__________．(不计重力)． 3、如图所示，在直线MN的右侧有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直向里。电子(电量e、质量m)以速度v从MN上的孔A，垂直于MN方向射入匀强磁场，途经P点，并最终打在MN上的C点、已知AP连线与速度方向的夹角为θ，不计重力。求（1）A、C之间的距离
（2）从A运动到P点所用的时间。c②由图知AP弧对应的圆心角是2
所以t= =如图所示，在y<0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于xy平面并指向纸面外，磁感应强度为B。一带正电的粒子以速度v0从O点射入磁场，入射方向在xy平面内，与x轴正向的夹角为θ。若粒子射出磁场的位置与O点的距离为L，求该粒子的电量和质量之比q/m。Oypvθ1、找圆心：
2、定半径：
3、定时间：注意：θ用弧度表示带电粒子在匀强磁场中的运动+- 电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。电子束经过电压为U的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区域，如图所示。磁场方向垂直于圆面。磁场区中心为O，半径为r。当不加磁场时，电子束将通过O点而打到屏幕的中心M点。为了让电子束射到屏幕边缘P点，需要加一匀强磁场，使电子束偏转一已知角度θ，此时磁场的磁感应强度B应为多少？(分别用e、m表示电子的电量和质量)练习1Oarbv电子束解：磁感应强度的方向垂直直面向外U如图，虚线上方存在无穷大的磁场，一带正电的粒子质量m、电量q、若它以速度v沿与虚线成00 、300、600、900、1200、1500角分别射入，请你作出上述几种情况下粒子的轨迹、并求其在磁场中运动的时间。有界磁场问题：vt=T长为L的水平极板间,有垂直纸面向内的匀强磁场,如图所示,磁场强度为B,板间距离也为L,板不带电,现有质量为m,电量为q的带正电粒子(不计重力),从左边极板间中点处垂直磁场以速度v平行极板射入磁场,
欲使粒子不打在极板上,
则粒子入射速度v应满足
什么条件?+q
mvLLB课 堂 练 习例题讲解霍尔效应I=neSv=nedhveU/h=evBU=IB/ned=kIB/dk是霍尔系数教学设计
教学主题
带电粒子在匀强磁场中的运动
一、教材分析
本节教材的内容属于洛伦兹力知识的应用，教科书采用了先实验探究，再理论分析与推导的顺序，带着实验得到的感性材料，再用的知识进行理论分析，从理论的高度推导出实验现象的必然性，这样先实验观察再理论论证比较符合一般的认知过程，也降低了学习的难度。
二、学生分析
如果学生的整体水平比较高，则需要高强度的思维训练，也可以采用先理论分析，再实验验证的顺序。不管采用怎样的顺序，都应该使学生既有丰富的感性材料，又有清晰的理论依据，使学生在这一学习过程中对理论与实践相结合的研究方法有所体会，并且在学习过程中尝到成功的喜悦。
三、教学目标
(1)通过实验知道带电粒子沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场会做圆周运动，圆周运动的半径与磁感应强度的大小和入射的速度的大小有关。
(2)通过理论分析知道带电粒子沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场会在磁场中做匀速圆周运动，并能用学过的知识推导出匀速圆周运动的半径公式和周期公式。
(3)能够用学过的知识分析、计算有关带电粒子在匀强磁场中的受力、运动的问题，了解质谱仪和回旋粒子加速器的工作原理。
四、教学环境
□简易多媒体教学环境???□交互式多媒体教学环境???□网络多媒体环境教学环境???□移动学习? ?□其他
五、信息技术应用思路（突出三个方面：使用哪些技术？在哪些教学环节如何使用这些技术？使用这些技术的预期效果是？）200字
采用仿 真物理实验室，制作回旋粒子加速器和质谱仪模型，因为带电粒子线度小，在磁场中运动时间极短，很难用肉眼直接观察到，所以借助多媒体技术把微观现象宏观呈 现出来，，特别是电场和磁场的作用需要暂停、讲解。可以理解利用较小的空间和电压使带电粒子多次加速成为”打开”原子核需要的高能”炮弹”.
六、教学流程设计（可加行）
教学环节
（如：导入、讲授、复习、训练、实验、研讨、探究、评价、建构）
教师活动
学生活动
信息技术支持（资源、方法、手段等）
(1)???导入新课
?
上节课推导出带电粒子在匀强磁场中受力，即洛伦兹力F=qvB，那么：垂直射入匀强磁场中的带电粒子，在洛伦兹力F=qvB的作用下，将会偏离原来的运动方向。则粒子的运动径迹是怎样的呢？
搜索已学知识,但并不能很快找出规律,陷入思考中.
问题的提出激发学生的好奇心和求知欲,使学生的注意力很快集中到本节课要探究的问题中来.
(2)进行新课
(1)洛伦兹力演示仪
??①带电粒子在什么条件下做圆周运动？
??②是一种什么性质的圆周运动？
??③为什么是匀速圆周运动？（因为带电粒子受到一个大小不变、方向总与粒子运动方向垂直的洛伦兹力）?
④什么力提供了向心力？（洛伦兹力F=qvB）
??⑤结合匀速圆周运动的有关公式，得出半径与什么物理量有关？（
??⑥带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力对带电粒子做了功吗？（没有）
??⑦通过观察左边的动画，你联想到与以前哪种情景的运动相似？（万有引力提供向心力的人造卫星绕地球或行星绕恒星运动的情景相似）
??⑧粒子运动的快慢与什么因素有关呢？（不立即回答，引出下面的周期问题）
??(3)观察洛伦兹力演示仪，验证上述思想，强化轨道半径公式
??(4)观察《不速度的电子在同一磁场中的运动》动画。
??提问：①你观察到了一个什么有趣的现象？（不同速度的电子在同一磁场中运动，轨道半径不同，但运动一周的时间相等，即周期相同）
??②如何解释这个现象？（，与带电粒子速度无关！）
??（5）知识反馈与巩固
??观察《运动电荷垂直于磁场》动画，由参数选择的组合，根据学生的实际情况，可以事先或当堂编制一些物理问题，如带电粒子将朝哪个方向做圆周运动（左手定则的考查）？轨道半径和周期分别是多少（巩固轨道半径和周期公式）？学生回答完后，可以立即从课件上得到验证。
??（6）了解质谱仪
??通过《质谱仪原理》课件，了解质谱仪的原理和作用。
??（7）小结即板书部分
??①带电粒子垂直射入匀强磁场中是做匀速圆周运动
??轨道半径?????
??周期???
??②应用：质谱仪
（带电粒子垂直射入磁场）（匀速圆周运动）
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七、教学特色（如为个性化教学所做的调整，为自主学习所做的支持、对学生能力的培养的设计，教与学方式的创新等）200字左右
这节课的设计是为了让学生运用已有的知识来获取新知识,即运用洛伦兹力和向心力的有关知识去认识带电粒子在匀强磁场中的运动规律,从而体会到科学探究的乐趣.在让学生认识带电粒子在匀强磁场中的运动规律时,采用理论探究和实验相结合的方法,先让学生通过向心力和洛伦兹力的有关知识进行理论探究,再通过实验进行验证.这样处理,可以使学生获得体验,加深对知识的理解.
对课文中的例题采用先由学生进行设计,再引入例题并放手由学生自己解决,使学生体会到科学探究的乐趣.为了使学生体会到科学发展道路的曲折和不平凡,这里没有直接给学生讲述多级加速器和回旋粒子加速器的原理,而是先由老师加以引导,然后在学生充分思考的基础上引入这两种加速器.
