教學設計洛倫茲力的應用教科版

1、洛倫茲力的應用口教材分析J洛侖茲力的應用是高考的重點和熱點，加之洛侖茲力的應用涉及當今許多高科技的實驗裝置；速度選擇器、質譜儀、粒子回旋加速器、磁流體發(fā)電，在強調試題要聯系實際的今天，更賦予了新的熱點含義。洛侖茲力與電場力應用的綜合性問題更能考察學生的分析和綜合應用能力，因此受到命題專家的青睞。教學目標（一）知識與技能1、知道利用磁場控制帶電粒子的偏轉2、理解質譜儀、回旋加速器的工作原理。（二）過程與方法1 、在思考、探討活動中，體會、感悟用基本物理知識解決科學研究中問題的方法。2、通過在質譜儀、回旋加速器等背景下研究帶電粒子在場中的運動，強化電場加速、磁場偏轉的意義及相關儀器的設計思路。（三

2、）情感、態(tài)度與價值觀1 、通過創(chuàng)設有意義的問題情境，激發(fā)學生探究問題的熱情。2 、在解決問題的過程中，使學生進一步體驗解決問題的基本分析方法。3 、通過介紹物理學家、物理學史等背景知識，激發(fā)學生創(chuàng)造性學習的熱情；了解現代科技研究的發(fā)展近況，使學生領悟研究帶電粒子在場中運動的實際意義。【教學重點】回旋加速器的原理。帶電粒子在電場和磁場的受力、運動分析與現代科技應用的聯系。【教學難點】會利用洛倫茲力垂直于速度方向和幾何關系找出粒子做圓周運動的圓心。將實際問題轉化為物理模型的研究方法。課前準備'-演示實驗器材，PPT,導學案-X教學過程帶電粒子（重力不計）在勻強磁場中的運動問題:判斷下圖中帶

3、電粒子（電量q,重力不計）所受洛倫茲力的大小和方向，并判斷帶電粒子將做什么運動運動形式:運動形式:方向。洛倫茲力：方向總與速度方向垂直，不改變帶電粒子的速度大小，只改變速度的利用磁場控制帶電粒子的運動真空條件下，勻強磁場限定在一個圓形區(qū)域內，該圓形的半徑為r,磁感應強度大小為B,方向如圖所示。一個初速大小為V0的帶電粒子(m,q)沿磁場區(qū)域的直徑方向從P點射入磁場，粒子在洛倫茲力的作用下，在磁場中以半徑R繞O'點做勻速圓周運動，從Q點射出磁場時，速度大小仍是v0,但速度方向已發(fā)生了偏轉，設粒子射出磁場時的速度方向與射入磁場時相比偏轉了角度，(1)請畫出帶電粒子的運動軌跡并找出圓心O&#

4、39;。(2)思考：通過改變哪些條件控制帶電粒子的偏轉角度？(3)應用：顯像管【討論與交流1】(1)要使電子束打在A點，磁場應沿什么方向？(2)要使電子束打在B點，磁場應沿什么方向？(3)要使電子束在屏幕上位置由B點移到A點，偏轉磁場怎樣變化?總結：利用磁場控制帶電粒子的運動方向特點是帶電粒子(重力不計)在勻強磁場中勻速圓周運動軌道半徑r1、帶電粒子(重力不計)在勻強磁場中勻速圓周運動時，力提供向心力。2、可見r與速度V、磁感應強度徑不同B、粒子的比荷有關，同一磁場中不同帶電粒子的跡問題:能否根據帶電粒子的運動軌跡分辨比荷丕圓的粒子?比荷：帶電體的電荷量和質量的比值，叫做比荷，又稱荷質比。它是

5、帶電粒子的基本參量1、結構：(1) A:帶電粒子注入器(2) Si-S，:加速電場(U)(3) S,一&:速度選擇器(E、Bi)(4)偏轉磁場(B2)(5)照相底片2、原理：(1) S1S2為加速電場：設帶電粒子的初速為零，經過加速電場加速后的速度推導:(2)偏轉磁場B2:一束帶電粒子(、)以相同的速度由S3垂直射入勻強磁場中做勻速圓周運動。帶電粒子打到照相底片上某一位置，設此位置到狹縫&的距離為L,求他們運動的軌道半徑之比。3、作用：通過測出粒子圓周運動的半徑，計算粒子的比荷或質量及分析同位素的儀器m=T(T與速率FH*r無關)1、結構：核心部件一一兩個D形盒及兩個大磁極D形

6、盒間的窄縫高頻交流電2、原理：(1)磁場的作用：偏轉回旋(2)電場的作用：加速(3)交變電壓的作用：保證帶電粒子每次經過窄縫時都被加速3、回旋加速器特點總結：問題1:粒子被加速后，運動速率和運動半徑都會增加，它的運動周期會增加嗎?問題2:在回旋加速器中，如果兩個D型盒不是分別接在高頻交流電源的兩極上，而是接在直流的兩極上，那么帶電粒子能否被加速？請在圖中畫出粒子的運動軌跡。問題3:要使粒子每次經過電場都被加速，應在電極上加一個電壓。根據右圖，說一說為使帶電粒子不斷得到加速，提供的電壓應符合怎樣的要求？兩板間的電場是周期變化的其中，T=問題4:在回旋加速器加速的帶電粒子的最終能量由哪些因素決定？

7、問題5:已知D形盒的直徑為D,勻強磁場的磁感應強度為B,交變電壓的電壓為U,求：從出口射出時，粒子的速度v=?問題6:已知D形盒的直徑為D,勻強磁場的磁感應強度為B,交變電壓的電壓為U,求：(1)從出口射出時，粒子的動能Ek=?(2)要增大粒子的最大動能可采取哪些措施？4、回旋加速器特點總結：(1)在磁場中做圓周運動，周期不變(2)每一個周期加速兩次(3)電場的周期與粒子在磁場中做圓周運動周期相同(4)電場一個周期中方向變化兩次(5)粒子加速的最大速度由盒的半徑決定(6)電場加速過程中，時間極短，可忽略【課后思考】質譜儀S2S3之間的作用是什么？重力不計，帶電量為+q,質量為m的帶電粒子經過加

8、速電場加速后，從S2到S3的過程中，試分析：(1)帶電粒子從S.入時，受洛倫茲力方向如何？(2)欲使粒子能從S3穿出，Pi、P2之間的電場E方向如何？為什么？(3)帶電粒子從S2進入，并能從S3穿出，它在S2到S3之間的運動是直線運動嗎？(4)如可使帶電粒子在S2到S3之間做勻速直線運動，勻速直線運動的條件是什么？寫出它的受力平衡關系(5)能穿出S3的帶電粒子速度v滿足什么關系？通過以上分析，你知道怎樣控制進入B2區(qū)粒子的速度嗎？直線加速器閱讀材料要使一個帶正電微粒獲得更大的速度（能量），可采用多個電場，使帶電粒子實現多級加速。但直接采用上圖進行多級加速，并不可行，會經過一段加速、和減速的過程。改進辦法：采用靜電屏蔽可以用金屬圓筒代替原來的極板.這樣，既可以在金屬圓筒的間隙處形成加速電場，又使得圓筒內部的場強為零，從而消除了減速電場的不利影響.進一步改進：為了簡化裝置，我們可用一個公用電源來提供各級的加速電壓.但是，如果我們要加速一帶正電的粒子，若電源的極性保持恒定（始終為A正B負），這個粒子并不能路順風”，不斷加速。為了實現帶電粒子的多級加速，應該采用交變電源，使粒子進入每一級都能繼續(xù)加速。并且電源極性的變化還必須