带电粒子在磁场中的运动、质谱仪3

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1、第五节带电粒子在磁场中的运动质谱仪教学目标：1.理解洛伦兹力对粒子不做功.2.理解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.3.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.4.知道质谱仪的工作原理.教学重点：掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期公式，并能用来分析有关问题.教学难点：1.粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动.2.综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在复合场中的问题.教学方法：分析推导法、阅读法.教

2、学用具：电子射线管、环形线圈、电源、投影仪、投影片、滑动变阻器.教学过程：一、复习提问，引入新课［问题］什么是洛伦兹力？［学生答］磁场对运动电荷的作用力.［问题］带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？［学生答］不一定，洛伦兹力的计算公式为f=qvBsinθ，θ为电荷运动方向与磁场方向的夹角，当θ=90°时，f=qvB;当θ=0°时，f=0.［问题］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——带电粒子在磁场中的运动、质谱仪.二、新课教学［演示实验］介绍电子射线管的工作原理，进行实

3、验.教师讲述电子射线管的工作原理：由电子枪发出的电子射线可以使管内的低压水银蒸气发出辉光，显示出电子的径迹.教师进行演示实验.［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（这个磁场是由两个平行的通电环形线圈产生的），电子的径迹变弯曲成圆形.［教师引导学生分析得出结论］当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动.带电粒子垂直进入匀强磁场中的受力及运动情况分析.［出示投影片］1.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

4、样的？2.洛伦兹力对电子的运动有什么作用？3.有没有其他力作用使电子离开与磁场方向垂直的平面？4.洛伦兹力做功吗？［学生答］1.电子受到垂直于速度方向的洛伦兹力的作用.2.洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小.3.没有力作用使电子离开与磁场方向垂直的平面.4.洛伦兹力对运动电荷不做功.［板书］带电粒子垂直进入匀强磁场中，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.［过渡句］带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，其轨道半径r和周期T为多大呢？［出示投影片］一带电量为q，质量为m,速

5、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？［问题］什么力给带电粒子做圆周运动提供向心力？［学生答］洛伦兹力给带电粒子做圆周运动提供向心力？［问题］向心力的计算公式是什么？［学生答］F=m［教师推导］粒子做匀速圆周运动所需的向心力F=m是由粒子所受的洛伦兹力提供的，所以qvB=m，由此得出r=T=可得T=［板书］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.r=，T=说明：（1）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跟轨道

6、半径和运动速率无关.讨论：在匀强磁场中如果带电粒子的运动方向不和磁感应强度方向垂直，它的运动轨道是什么样的曲线？分析：把带电粒子的速度分解为垂直于B的分量v1和平行于B的分量v2，因为v1和B垂直，受到洛伦兹力qv1B，此力使粒子q在垂直于B的平面内做匀速圆周运动，v1和B平行，不受洛伦兹力，故粒子在沿B方向上做匀速直线运动，可见粒子的运动轨迹是一等距螺旋线.［投影片出示例题］例1、、它们以下列情况垂直进入同一匀强磁场，求轨道半径之比.（1）具有相同速度（2）具有相同动量（3）具有相同动能解答：依据

7、qvB=mv2/r得r=mv/qB（1）v、B相同，所以r∝，所以r1∶r2∶r3=∶∶=1∶2∶2（2）因为mv、B相同，所以r∝1/q,r1∶r2∶r3=2∶2∶1.（3）相同，v∝,B相同，所以r∝.所以r1∶r2∶r3=1∶∶1.例2如图所示，一质量为m，电荷量为q的粒子从容器A下方小孔S1飘入电势差为u的加速电场，然后让粒子垂直进入磁感应强度为B的磁场中，最后打到底片D上.(1)粒子在S1区做什么运动?(2)在S2区做何种运动，在S3区将做何种运动?(3)假如粒子沿一半圆运动打到底片D上，

8、B距离D多远？解答：(1)粒子在S1区做初速度为零的匀加速直线运动.（2）在S2区做匀速直线运动，在S3区做匀速圆周运动.（3）由动能定理知，粒子在电场中得到的动能等于电场对它所做的功，即由此可得v=.粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为r=mv/qB=［教师讲解］进入同一磁场时，r∝，而且这些个量中，u、B、r可以直接测量，那么，我们可以用装置来测量荷质比.阅读课文，回答以下问题：1.试述质谱仪的结构.2.试述质谱仪的工作原理.3.什么是同位素？4.质谱仪最初是由