3.6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(第1課時(shí))

1、洛倫茲力只改變速度的方向; 對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功.,復(fù)習(xí)：,1、洛倫茲力的大小和方向如何確定？,2、洛倫茲力有什么特點(diǎn)？,F = qvB,,+,,v,vsinθ,θ,B,,F = qvBsinθ,,F垂直于紙面向外,,,問(wèn)題：在洛倫茲力的作用下帶電粒子會(huì)如何運(yùn)動(dòng)呢？,,3.6 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),（第一課時(shí)）,1、通過(guò)理論分析得出帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)會(huì)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。2、通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察得出帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)會(huì)做勻速圓

2、周運(yùn)動(dòng)，且圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和入射的速度的大小有關(guān)。并能用學(xué)過(guò)的知識(shí)推導(dǎo)出勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式和周期公式。3、能夠用學(xué)過(guò)的知識(shí)分析、計(jì)算有關(guān)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受力、運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，能說(shuō)出質(zhì)譜儀的工作原理。,學(xué)習(xí)目標(biāo),磁場(chǎng)中的帶電體一般可分為兩類(lèi)：,1、帶電粒子：如電子,質(zhì)子,α粒子,正負(fù)離子等.這些粒子所受重力比洛侖磁力小得多,除有說(shuō)明或暗示外，一般都不考慮重力(但并不能忽略質(zhì)量).,2、帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃

3、等.除有說(shuō)明或暗示外,一般都考慮重力.,帶電體是否考慮重力,要根據(jù)題目暗示或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)判定.,1、V∥B時(shí)，帶電粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)。,,F=qvB,F=0,2、,?,,一、 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（重力不計(jì)）,猜想：,勻速圓周運(yùn)動(dòng)。,,V∥B V⊥B,問(wèn)題1:帶電粒子平行射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)做什么運(yùn)動(dòng)?,問(wèn)題2:帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)做什么運(yùn)動(dòng)?,（1）垂直射入磁場(chǎng)中，洛倫茲力的方

4、向與速度方向有何關(guān)系？,帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)做什么運(yùn)動(dòng)？,（2）帶電粒子僅在洛倫茲力的作用下，粒子的速率變化么？洛倫茲力大小變化嗎？,（3）從上面的分析，你認(rèn)為帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)做什么運(yùn)動(dòng)？,理論探究,,+,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,理論探究,洛倫茲力總與速度方向垂直，不改變帶電粒子的速度大小，所以洛倫茲力不對(duì)帶電粒子做功。,由于粒子速度的大小不變，所以洛倫茲力大小也不

5、改變，加之洛倫茲力總與速度方向垂直，正好起到了向心力的作用。,結(jié)論：帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，粒子在垂直于磁場(chǎng)的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。,問(wèn)題: 推導(dǎo)質(zhì)量為m,電量為q,速度為v的粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓半徑r和周期T的表達(dá)式?,一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),3、運(yùn)動(dòng)規(guī)律,1)圓半徑r,2)周期T,一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),3、運(yùn)動(dòng)規(guī)律,,半徑r跟速率v成正比.,周期T跟圓半徑r和速率v均無(wú)關(guān).,洛倫茲力演示儀構(gòu)造,

6、電 子 槍,,勵(lì)磁線圈,,勵(lì)磁電流選擇擋,,,加速電壓選擇擋,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,玻 璃 泡,,由電子槍發(fā)出的電子束可以使玻璃泡內(nèi)的稀薄氣體發(fā)出輝光，顯示出電子的徑跡。,洛倫茲力演示儀工作原理,勵(lì)磁 線圈,電子槍,①加速電壓：,在兩線圈之間產(chǎn)生沿軸線方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng),改變電子束出射的速度,②勵(lì)磁線圈：,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,,,,探究一：不加磁場(chǎng)時(shí)觀察電子束的徑跡1、預(yù)測(cè)2、現(xiàn)象,探究二：加磁場(chǎng)(垂直紙面向里)時(shí)觀察電子束的

7、徑跡1、預(yù)測(cè)2、現(xiàn)象,探究四：B不變，增大U(v)，觀察電子束徑跡的變化1、預(yù)測(cè)2、現(xiàn)象,探究三：U(v)不變，增大B，觀察電子束徑跡的變化1、預(yù)測(cè)2、現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,,,,探究一：不加磁場(chǎng)時(shí)觀察電子束的徑跡1、預(yù)測(cè)2、現(xiàn)象,探究二：加磁場(chǎng)(垂直紙面向里)時(shí)觀察電子束的徑跡1、預(yù)測(cè)2、現(xiàn)象,探究四：B不變，增大U(v)，觀察電子束徑跡的變化1、預(yù)測(cè)2、現(xiàn)象,探究三：U(v)不變，增大B，觀

8、察電子束徑跡的變化1、預(yù)測(cè)2、現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,①不加磁場(chǎng)時(shí)，粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)。,④磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，粒子射入的速度增大,軌道半徑增大,③粒子射入速度不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度增大，軌道半徑減小,②加上垂直速度方向的磁場(chǎng)時(shí)，粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,2.實(shí)驗(yàn)結(jié)論,帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，粒子在垂直于磁場(chǎng)的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。,,,2v,,例 1、在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有兩個(gè)電子分別以速率v和2v沿垂直于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，半徑相

9、同嗎？哪個(gè)電子先回到原 來(lái)的出發(fā)點(diǎn)？,兩個(gè)電子同時(shí)回到原來(lái)的出發(fā)點(diǎn),運(yùn)動(dòng)周期和電子的速率無(wú)關(guān),軌道半徑與粒子射入的速度成正比,,v,X X X X X X X X X X X X,1.水平導(dǎo)線中有電流I通過(guò)，導(dǎo)線正下方的電子初速度的方向與電流I的方

10、向相同，則電子將（ ）,,v,,,a,b,I,A.沿路徑a運(yùn)動(dòng),軌跡是圓B.沿路徑a運(yùn)動(dòng),軌跡半徑越來(lái)越大C.沿路徑a運(yùn)動(dòng),軌跡半徑越來(lái)越小D.沿路徑b運(yùn)動(dòng),軌跡半徑越來(lái)越小,鞏固練習(xí),B,F,不同帶電粒子的徑跡半徑為什么不一樣？同一條徑跡上為什么曲率半徑會(huì)越來(lái)越小呢？,通過(guò)威爾遜云室顯示的正負(fù)電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)徑跡,通過(guò)格雷塞爾氣泡室顯示的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)徑跡,,,照相底片,(２) 在S1、S2間，電場(chǎng)對(duì)

11、粒子做功，由動(dòng)能定理得：,粒子垂直進(jìn)入磁場(chǎng)，洛倫茲力提供向心力,設(shè)計(jì)方案：如圖所示，一質(zhì)量為m，電荷量為q的粒子從容器A下方小孔S1飄入電勢(shì)差為Ｕ的加速電場(chǎng)，然后讓粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，最后打到底片D上. (1)粒子在S1S２間做什么運(yùn)動(dòng)?在S2S３間做何種運(yùn)動(dòng)，在磁場(chǎng)中將做何種運(yùn)動(dòng)?(3)若粒子沿一半圓運(yùn)動(dòng)打到底片D上， S3距離D多遠(yuǎn)？,解: (1) 初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)；勻速直線運(yùn)動(dòng)；勻速圓周運(yùn)動(dòng).,加速電

12、場(chǎng),加速電場(chǎng)中，,偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，,2、基本原理,,將質(zhì)量不等、電荷數(shù)相等的帶電粒子經(jīng)同一電場(chǎng)加速再垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，由于粒子速度不同，引起軌跡半徑不同而分開(kāi)，進(jìn)而分析某元素中所含同位素的種類(lèi)。,1、推導(dǎo),3、用途：質(zhì)譜儀是利用粒子圓周運(yùn)動(dòng)的半徑，測(cè)量粒子的質(zhì)量／比荷和分析同位素的儀器。,二、質(zhì)譜儀——帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用,世界上第一臺(tái)質(zhì)譜分析器—磁式質(zhì)譜儀,現(xiàn)代質(zhì)譜儀,質(zhì)譜儀最初是由湯姆生的學(xué)生阿斯頓設(shè)計(jì)的.,二、質(zhì)譜儀——帶

13、電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用,1)圓半徑r：,2)周期T：,課堂小結(jié):帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),半徑r跟速率v成正比.,周期T跟圓半徑r和速率v均無(wú)關(guān).,1、帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力,2、質(zhì)譜儀是測(cè)量粒子的質(zhì)量／比荷和分析同位素的儀器。,作業(yè)與練習(xí):,作業(yè)：課本P102《問(wèn)題與練習(xí)》第2、3題練習(xí)：《高效導(dǎo)學(xué)》本節(jié)內(nèi)容,拓展與提升:,若帶電離子與磁場(chǎng)成一定的角度射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，粒子如何運(yùn)動(dòng)？,2、氘核