六、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)質(zhì)譜儀.doc

高二物理學(xué)案授課時(shí)間 周星期 授課班級(jí)班授課教師方法 技巧 規(guī)律課題六、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 質(zhì)譜儀學(xué)習(xí)目標(biāo)1、根據(jù)洛倫茲力的特點(diǎn)，理解帶電粒子垂直進(jìn)入磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。2、以洛倫茲力為向心力推導(dǎo)出帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓運(yùn)動(dòng)的半徑R=mv/qB和周期T=2m/qB，并討論它們的物理意義。3、掌握速度選擇器和質(zhì)譜儀的工作原理和計(jì)算方法。重點(diǎn)1、洛倫茲力f=Bqv的應(yīng)用2、對(duì)速度選擇器和質(zhì)譜儀的工作原理的理解和掌握難點(diǎn)洛倫茲力作為向心力，是使運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的原因。結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)和動(dòng)力學(xué)知識(shí)推導(dǎo)R=mv/qB和周期T=2m/qB。學(xué) 習(xí) 過 程知識(shí)回顧帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中時(shí)1、v、B三者方向關(guān)系如何？2、對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷是否做功？3、對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的運(yùn)動(dòng)起何作用？4、物體作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件是什么？自學(xué)指導(dǎo)1、觀察演示實(shí)驗(yàn)：帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)洛倫茲力演示儀。a、不加磁場(chǎng)時(shí)電子束作什么運(yùn)動(dòng)？為什么？b、加上磁場(chǎng)時(shí)電子束作什么運(yùn)動(dòng)？為什么？c、帶電粒子在磁場(chǎng)中作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由什么力提供？2、推導(dǎo)帶電粒子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑公式和周期公式R= ；T= 式中各量的物理意義是什么？3、公式的適用條件是什么？思考與討論11、質(zhì)量不同電量相同的帶電粒子，若以大小相等的動(dòng)量垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，它們的軌道半徑關(guān)系如何？2、速度相同，荷質(zhì)比不同的帶電粒子垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，它們的軌道半徑關(guān)系如何？3、在同一磁場(chǎng)中做半徑相等的圓周運(yùn)動(dòng)的氫、氦原子核，哪個(gè)運(yùn)動(dòng)速度大？4、同一帶電粒子，在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它的速率增大時(shí)，其周期怎樣改變？5、速率不同、質(zhì)量也不同的兩帶電粒子進(jìn)入同一磁場(chǎng)做圓周運(yùn)動(dòng)，若它們的周期相同，則它們相同的物理量還有哪些？質(zhì)譜儀1、帶電粒子（帶正電）q以速度v垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，受電場(chǎng)力作用，運(yùn)動(dòng)方向?qū)l(fā)生偏轉(zhuǎn)，若在勻強(qiáng)電場(chǎng)范圍內(nèi)再加一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)，使該帶電粒子的運(yùn)動(dòng)不偏轉(zhuǎn)，求所加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。2、若B、E大小、方向已知，則v的大小如何？3、當(dāng)氫的三種同位素氕()、氘()、氚()以相同的速度垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，求它們運(yùn)動(dòng)的軌道半徑之比是多少？思考與討論2若將一個(gè)能通過某速度選擇器的正電荷換成一個(gè)電量相等速度不變的負(fù)電荷，它還能通過該速度選擇器嗎？為什么？專項(xiàng)訓(xùn)練1、質(zhì)子和粒子在垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的平面上作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，若質(zhì)子和粒子速度大小之比為21，則質(zhì)子和粒子的：A動(dòng)量之比為12；B圓運(yùn)動(dòng)的軌道半徑之比為11；C作圓運(yùn)動(dòng)的周期比為12；D動(dòng)能之比為12。2、如右圖所示，一束帶電粒子流從同一方向垂直射入一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在磁場(chǎng)中分成兩條軌跡1和2 。那么它們的速度，動(dòng)量P，電荷q，荷質(zhì)比q/m之間的關(guān)系可以肯定是：A如，則； B如，則C如q1=q2，則P1q2都是負(fù)粒子流。3、一個(gè)帶電粒子，沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，粒子的一段徑跡如圖所示，徑跡上的每一小段可近似看成圓弧由于帶電粒子使沿途的空氣電離，粒子的能量逐漸減?。◣щ娏坎蛔儯膱D中可以確定 A粒子從a到b，帶正電B粒子從b到a，帶正電C粒子從a到b，帶負(fù)電D粒子從b到a，帶負(fù)電方法 技巧 規(guī)律4、一質(zhì)子以速度v穿過互相垂直的電場(chǎng)和磁場(chǎng)區(qū)域而沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則 A、若電子以相同速度v射入該區(qū)域，將會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn) B、無(wú)論何種帶電粒子，只要以相同速度射入都不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn) C、若質(zhì)子的速度vv，它將向上偏轉(zhuǎn)，其運(yùn)動(dòng)軌跡既不是圓弧也不是拋物線。綜合訓(xùn)練1、一電子以固定的正電荷為中心在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，磁場(chǎng)方向與電子運(yùn)動(dòng)平面垂直。電子所受正電荷的電場(chǎng)力是磁場(chǎng)力的 3 倍。若電子電量為 e ，質(zhì)量為 m ，磁感強(qiáng)度為B，則電子運(yùn)動(dòng)的角速度可能是（ ）A 、4 B e / m B、3 B e / m C、2 Be / m D、Be / m2、如右圖所示，在兩個(gè)平行金屬板間有正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一個(gè)帶電粒子垂直于電磁場(chǎng)方向射入場(chǎng)中，射出時(shí)發(fā)現(xiàn)粒子的動(dòng)能減小了。為使粒子射出時(shí)動(dòng)能有所增加，不計(jì)重力的情況下，可采取的辦法是：A 增大粒子射入時(shí)的速度 B 減小磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度C 增大電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度 D 改變粒子的帶電性質(zhì)3、如圖所示，有一磁感強(qiáng)度為B，方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一束電子流以初速度v從水平方向射入，為了使電子流經(jīng)過磁場(chǎng)時(shí)不偏轉(zhuǎn)（不計(jì)重力），則磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)必須同時(shí)存在一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小和方向是：A、B/v ，豎直向上；B、B/v ，水平向左；C、Bv ，垂直于紙面向里；D、Bv ，垂直于紙面向外。4、如圖所示，一速度為v，電量為q的正離子恰能直線飛出離子速度選擇器，選擇器中磁感強(qiáng)度為B，電場(chǎng)強(qiáng)度為E，則：A、若改為電量-q 的離子，將往上偏（其它不變）；B、若速度變?yōu)?v將往上偏（其它不變）；C、若改為+2q的離子將往下偏（其它不變）；D、若速度改為v/2 將往下偏（其它不變）。5、有電子、質(zhì)子、氘核、氚核，以同樣的速度垂直射入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，它們都作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則軌道半徑最大的粒子是_，周期最大的是_。6、在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)帶電粒子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如果又順利垂直進(jìn)入另一磁感強(qiáng)度是原來磁感強(qiáng)度2倍的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，則：A、粒子的速率加倍，周期減半； B、粒子的速率不變，軌道半徑減半；C、粒子的速率減半，軌道半徑變?yōu)樵瓉淼?/4 ；D、粒子的速率不變，周期減半。7、如圖所示，表示從粒子源S以相同動(dòng)量射出的三種粒子A、B、C在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡，由此可判定：A、帶電量最多的是C粒子；B、帶正電的是A粒子；C、帶電最多的是A粒子；D、帶正電的是A粒子。8、如圖所