2015高中物理第3章第6节带电粒子在匀强磁场中的运动(第1课时)课件新人教版选修3-1技术总结.ppt

* . . . 第三章 磁场 第六节 带电粒子在匀强磁场中的 运动（第一课时） 在讲授过程中，通过理论联系和实验视频等向学生说明：粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。从而让学生能自己试着分析推导粒子做圆周运动的轨道半径和周期公式，重在理解公式的推导过程。本节课程主要也是对本章内容的综合应用，可引入具体的例题加以说明应用，对于回旋加速器等仪器的工作原理，可以从学生已经学过的知识入手，先简单介绍直线加速器的设想，然后引出回旋加速器，并进行评述，引导学生的思维，开阔学生的思路。 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，知道它们与哪些因素有关； 4. 了解回旋加速器的工作原理。 重点：带电粒子在匀强磁场中的受力分析及运动径迹。 难点：带电粒子在匀强磁场中的受力分析及运动径迹。 极光，是一种自然现象，是从宇宙深处射来的带电粒子进入地球磁场后发生的一种现象。同学们知道在地球的什么位置可以看到绚丽的极光吗？这节课我们一起来了解下。 1. 带电的基本粒子：如电子，质子，α 粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和洛仑磁力相比小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量） 2. 带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。 一、带电粒子的分类 3. 某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定。 （1）v⊥B 时 ，洛伦兹力的方向与速度方向有何关系？ 1. 带电粒子平行射入匀强磁场，运动状态如何？ （重力不计） 2. 带电粒子垂直射入匀强磁场，运动状态如何？ （重力不计） 做匀速直线运动 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? - v F洛 v - F洛 v - F洛 v - F洛 （2）带电粒子仅在洛伦兹力的作用下，粒子的速率变化么？能量呢？ （4）从上面的分析，你认为垂直于匀强磁场方向射入的带电粒子，在匀强磁场中的运动状态如何？ 洛伦兹力对电荷只起向心力的作用，故只在洛伦兹力的作用下，电荷将做匀速圆周运动。 带电粒子在磁场中运动时，它所受的洛伦兹力总与速度方向垂直，不改变带电粒子的速度大小，只改变速度方向。 二、带电粒子在匀强磁场中运动情况 1. 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。 洛伦兹力演示仪 亥姆霍兹线圈 电子枪 3. 实验结论：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。 2. 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。 运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用，运动方向会发生偏转，这一点对于地球上的生命来说有十分重要的意义。从太阳或其他星体上，时刻都有大量的高能粒子流放出，称为宇宙射线，这些高能粒子流，如果都到达地球，将对地球上的生物带来危害。庆幸的是，地球周围存在地磁场，地磁场改变宇宙射线中带电粒子的运动方向，对宇宙射线起了一定的阻挡作用，形成了美丽的极光。 例1. 如图，有一质量为 m，电荷量为 q 的带电粒子（不计重力），以速度 v 垂直进入磁感应强度为 B 的匀强磁场中，试求该粒子在磁场中做匀速圆周运动的圆半径 r 和运动周期 T 。 三、带电粒子做匀速圆周运动的物理量 F ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? q B v 粒子做匀速圆周运动所需的向心力是由粒子所受的洛伦兹力提供的，所以： 推导: 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和运动速率无关。 说明: 例1. 已知氢核与氦核的质量之比 m1∶m2 ＝1∶4，电荷量之比 q1∶q2＝ 1∶2，当氢核与氦核以 v1∶v2＝ 4∶1 的速度，垂直磁场方向射入磁场后，分别做匀速圆周运动，则氢核与氦核的半径之比 r1∶r2＝________，周期之比 T1∶T2＝________。 1∶2 2∶1 四、带电粒子做匀速圆周运动的应用 一、质谱仪 世界上第一台质谱分析器—磁式质谱仪 现代质谱仪 1. 用途：质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具。 2. 基本原理 将质量不等、电荷数相等的带电粒子经同一电场加速再垂直进入同一匀强磁场，由于粒子动量不同，引起轨迹半径不同而分开，进而分析某元素中所含同位素的种类 例2. 如图所示，一个质量 m，电