3-1-3-6洛伦兹力与现在技术.doc

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高中物理选修3-1教案
3-1-3-6洛伦兹力与现代技术（1课时）
教学维目标：
一、知识与技能
1、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度方向垂直时，做匀速圆周运动．
2、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．
3、知道质谱仪的工作原理．
4、知道回旋加速器的基本构造和加速原理．
二、过程与方法
通过推理、判断带电粒子在磁场中的运动性质的过程，培养学生严密的逻辑推理能力
三、情感态度与价值观
通过学习质谱仪的工作原理，让学生认识先进科技的发展，培养学生对物理的学习兴趣．
重点：带电粒子垂直射入匀强磁场中的运动半径和运动周期
难点：确定垂直射入匀强磁场中的带电粒子运动是匀速圆周运动
教学过程：
1、观察实验：
①演示带电粒子在电场中加速后的运动轨迹；
②演示当建立了与运动方向垂直的匀强磁场后带电粒子的运动轨迹，引导学生观察做圆周运动所在平面与磁场方向的关系。
③改变加速电场的电压，观察粒子圆周运动的半径的变化；改变磁场的强弱，观察粒子运动时半径的变化。
2、讨论半径与周期（以学生推导为主）
①圆周运动的半径公式:

∴
②周期公式的推导:
∴
注:周期的大小与半径和速度无关.

例1：同一种带电粒子以不同的速度垂直射入匀强磁场中，其运动轨迹如图所示，则可知
（1）带电粒子进入磁场的速度值有几个？
（2）这些速度的大小关系为．
（3）三束粒子从O点出发分别到达1、2、3点所用时间关系为．

3、速度选择器和质谱仪的工作原理
⑴速度选择器：将一带正电的粒子q以速度v垂直进入匀强电场,在电场力的作用下将发生偏转.若在匀强电场范围内再加一匀强磁场，使该粒子的运动不发生偏转，则所加的磁场的方向如何？Ｂ的大小是多少？
∵∴
∴
引出速度选择器：只有满足的粒子才能通过速度选择器．
讨论：若将一个能通过某速度选择器的正电荷换成一个电量相同的负电荷，速度不变，还能通过该速度选择器吗？
⑵质谱仪
首先请同学们阅读课本上例题的分析求解过程，然后组织学生讨论质谱仪的工作原理．

以下是第2课时
1、直线加速器
讨论：要使一个小金属球获得较大的速度，你能设计出几种方案？
①根据动能定理：

H越大，v也越大
②根据动量定理：
F越大，t越长，则v越大。
问题1：如何使一个带电粒子获得能量（速度）？
利用加速电场给带电粒子加速：
问题2：如何使一个带电粒子获得很大的速度？
问题3：实际能不能加很高的电压？怎样解决？
多级加速：
分析：方法可行，但所占的空间范围大。
问题4：能不能在较小的范围内实现多级加速？
2、回旋加速器
展示挂图（回旋加速器）
（1）回旋加速器
匀强磁场：带电粒子以某一速度垂直于磁场方向进入匀强磁场时，只在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，使带电粒子每次进入D形盒后都能运动相同的时间（半个周期）后，平行于电场方向进入电场中加速.
交变电场：回旋加速器的两个D形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的并垂直于两上D形盒直径的匀强电场
D型盒
物理过程介绍…
（2）交变电压的周期
T=
（3）粒子能获得的最大能量
推演…
Em==
注:带电粒子获得的最大能量与D形盒的半径有关.
回旋加速器能将质子加速到25MeV左右,劳伦斯用它产生了人工放射性同位素，为此获得了1939年的诺贝尔物理学奖。
思考:从刚才的定量讨论来看，通过回旋加速器获得的粒子能量和加速电压的大小有没有关系？(答:无关)
例1:1989年初，我国投入运行的高能粒子加速器可把电子的能量加速到2.8GeV，若每级的加速电压U=200000V，需采用几级加速器？
例2:回旋回速器D型盒中央为质子流，D型盒间的交变电压为V，静止质子经电场加速后，进入D型盒，其最大轨道半径，磁场的磁感应强度T，问（1）质子最初进入D型盒的动能多大？（2）质子经回旋回速器最后得到的动能多大？（3）交变电源的频率。
解析：在电场中加速获得的动能，粒子经回旋回速器最后的动能为：
故有
（1）
（2）
∴
（3）