带电粒子在磁场中的运动质谱仪

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1、第五节带电粒子在磁场中的运动质谱仪舟山市教育教学研究中心　　胡晓明一、教学目标l．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．难点重点1、带电粒子垂直射人匀强磁场中的运动半径和运动周期．2、确定垂直射人匀强磁场中的带电粒子运动是匀速圆周运动．三．教学过程问题1：上一节我们学习了磁场对运动电荷的作用，请大家回忆作用力的特点。(磁场对运动电荷有力的作用，这个力叫洛伦兹力大小：当时，方向：用左手定则

2、判定。洛伦兹力的方向与速度和磁场方向垂直。)问题2：运动电荷在磁场中会受到力的作用，它将做什么运动呢？它的运动规迹如何呢？(引出课题：带电粒子在磁场中的运动→研究匀强磁场中的问题)问题3：我们在力学中已学过，物体做运动性质的决定因素，请同学们回忆一下？(由所受的合外力和初速度两方面决定的→说明通常情况下，运动的带电粒子在磁场中受到的洛伦兹力远大于重力，带电粒子的重力不计，所受的合外力就是洛伦兹力→时，做匀速直线运动，时，v与B不在一直线上，是曲线运动)问题4：时，它的运动是空间的还是平面的？它的运动可能是类平抛吗？(初速度和所

3、受洛伦兹力的方向都在跟磁场方向垂直的平面内，没有任何作用使粒子离开这个平面。洛伦兹力是变力→非匀变速曲线运动；洛伦兹力每时每刻都与速度垂直，因而对粒子一定不做功，所以粒子的速度大小不能改变，这样电荷受到的是一个大小不变、方向永远垂直于运动方向的力的作用，而这正是物体做匀速圆周运动的条件。→时，做匀速圆周运动)演示实验：观察(1)不加磁场，径迹为直线。(2)加上磁场，径迹是圆(3)加上磁场，增大加速电压(4)加上磁场，增大电流(5)加上磁场，改变电流方向问题5：轨迹半径跟哪些因素有关？(洛伦兹力提供向心力，→当q、m、B一定时，

4、当q、m、v一定时，)问题6：还有哪些物理量用来描述匀速圆周运动？(周期，角速度等。→→T与v无关)问题7：凭经验我们知道，跑步比赛时，跑得快，跑一圈的时间便短些，而T与v无关，它与跑步比赛有什么不同？(跑步比赛是跑同样大的圈，而带电粒子轨道半径与速率成正比，v大，r大。遗憾的是T与v、r无关这一特点，我们无法用实验验证，但科学家们早已根据这一特点做出了回旋加速器)问题8：粒子源可以发出各种不同的带正电粒子束，粒子从粒子源出来时速度很小，可以看做是静止的。经过加速电压U加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场，并沿着半圆周运动而

5、到达照相底片上，测得落点到入口S的距离为x。分析：(1)对于带电量相同而质量不同的粒子，其落点位置有什么特点？→引出质谱仪(2)对于落点在同一位置上的带电粒子有什么特点？问题9：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的匀强磁场中，已知磁场的宽度为d，电子穿过磁场时速度方向与原来速度方向之间的夹角为30°，则电子质量多大？穿过磁场时间为多长？(磁场中，当带电粒子运动轨迹为圆周的一部分时，其运动方向较入场时发生了偏转，通常称为磁偏转)问题10：填表：电偏转磁偏转粒子进入场区情形(画图表示)运动性质运行时间偏转

6、距离偏向角解决问题的思路