运动一[精品].docVIP

2011-2012学年度高二物理导学案 班级_________小组________组内评价_________教师评价_________ 六、带电粒子在匀强磁场中的运动（1） 编写人_______审核人________ 【学习目标】 （一）知识与技能 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， 知道质谱仪的工作原理。 4、知道回旋加速器的基本构造、工作原理及用途 。 （二）过程与方法 通过综合运用半径、周期解决带电粒子在磁场中运动的问题，培养分析推理能力。 （三）情感态度与价值观 通过对本节的学习，充分了解科技的巨大威力，体会科技的创新历程。 【重点与难点】 重点：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。 难点：粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动。 【预习导案】 1、带电粒子以垂直于磁场的速度进入磁场时，根据左定则粒子所受的洛伦兹力既垂直于_____方向、又垂直于________方向，即洛伦兹力垂直于速度方向、磁感应强度方向所构成的平面，没有任何力驱使粒子离开洛伦兹力和速度构成的平面．又因为洛伦兹力对带电粒子不做功，根据动能定理，粒子的动能不变，即速度大小不变，洛伦兹力仅在不断改变粒子的速度____，粒子做半径公式为___________,周期为______________的匀速圆周运动。 2、粒子的_______________之比叫做比荷，比荷是带电粒子的一种基本属性，质谱仪是测定带电粒子比荷的重要仪器，利用质谱仪可以精确测定某种元素的原子量，区分同位素． 3、回旋加速器原理： （1）直线加速器 ①加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电的粒子动能增加，即qU =ΔEk ②直线加速器的多级加速：教材图3．6—5所示的是多级加速装置的原理图，由动能定理可知，带电粒子经N级的电场加速后增加的动能，ΔEk=q（U1+U2+U3+U4+…Un） ③直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间内制造直线加速器受到一定的限制。 （2）回旋加速器 ①由美国物理学家劳伦斯于1932年发明。 ②其结构教材图3．6—6所示。核心部件为两个D形盒（加匀强磁场）和其间的夹缝（交变电场） ③加速原理：两个D形金属扁盒缝隙中存在交变的电场，只要保证粒子每次进入电场时，都是加速电场，粒子就能获得加速．粒子在磁场中转过半圈的时间为圆周运动的半周期，这就要求交流电经过这段时间就要改变方向一次，尽管粒子的速度越来越大，但粒子的运动周期与速度_____，不计粒子通过缝隙所需要的时间，只要满足交流电的周期与粒子作圆周运动的周期_______，粒子就能不断地获得加速．D形金属扁盒的半径为R，根据Bqv=mv2/R，粒子飞出加速器时的动能为EK=mv2/2=B2R2q2/2m，它与加速电压U无关。 磁场的作用：交变电场以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场后，在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，其周期在q、m、B不变的情况下与速度和轨道半径无关，带电粒子每次进入D形盒都运动相等的时间（半个周期）后平行电场方向进入电场加速。 交变电压的作用：为保证交变电场每次经过夹缝时都被加速，使之能量不断提高，须在在夹缝两侧加上跟带电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电压。 带电粒子经加速后的最终能量：（运动半径最大为D形盒的半径R） 由R=mv/qB有 v=qBR/m 所以最终能量为 Em=mv2/2 = q2B2R2/2m 【探究学案】 【探究一】 质子和α粒子在同一匀强磁场中做半径相同的圆周运动.由此可知质子的动能E1和α粒子的动能E2之比E1：E2等于( ) (A)4：1 (B)1：1 (C)1：2 (D)2：1 【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半径和运动速率无关。 【探究二】：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？ 【探究三】 加速电场速度选择器偏转磁场UGHMN+-+d如图为质谱仪原理示意图，电荷量为q、质量为m的带正电的粒子从静止开始经过电势差为U的加速电场后进入粒子速度选择器。选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，匀强电场的场强为E、方向水平向右。已知带电粒子能够沿直线穿过速度选择器，从G点垂直MN进入偏转磁场，该偏转磁场是一个以直线MN为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场。带电粒子经偏转磁场后