2019-2020年高中物理 带电粒子在磁场中的运动 质谱仪教案 人教版二册
1.3 带电粒子在匀强磁场中的运动(教学设计)高二物理(人教版2019选择性必修第二册)
1.3 带电粒子在匀强磁场中的运动教学设计在现代科学技术中，常常要研究带电粒子在磁场中的运动。
如果在磁场中发射一束带电粒子，判断下图中带电粒子（电量q，重力不计）所受洛伦兹力的大小和方向。
运动形式：带电粒子平行射入匀强磁场----匀速直线运动。
带电粒子垂直射入匀强磁场----带电粒子将会做什么运动？（一）带电粒子的受力分析一个质量为 1.67×10-27kg、电荷量为1.6×10-19C 的带电粒子，以5×105m/s 的初速度沿与磁场垂直的方向射入磁感应强度为0.2 T 的匀强磁场。
求出粒子所受的重力和洛伦兹力的大小之比。
粒子所受的重力G ＝ mg ＝ 1.67×10-27×9.8 N ＝ 1.64×10-26 N 所受的洛伦兹力F ＝ qvB ＝ 1.6×10-19×5×105×0.2 N ＝ 1.6×10-14 N 重力与洛伦兹力之比1214261003.1106.11064.1---⨯=⨯⨯=N N F G你有什么启发？带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力远大于重力，重力作用的影响可以忽略。
（二）探究带电粒子在磁场中运动轨迹 洛伦兹力的方向始终与运动方向垂直，所以带电粒子在运动过程中速度大小如何变化，运动轨迹如何？洛伦兹力只改变速度方向不改变速度大小洛伦兹力始终与速度方向垂直 电荷在匀强磁场中做匀速圆周运动。
如何用实验验证这一结论？ （三）实验验证 介绍实验器材：演示实验（一）带电粒子在磁场中做圆周运动的半径因带电粒子只受洛伦兹力下做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力：由Rvm qvB2=得qBm v r=规律：1.当电子束出射速度不变，磁感应强度变大时，这个圆的半径变小；2.当磁感应强度不变，电子束出射速度变大时，这个圆的半径变大。
（二）带电粒子在磁场中做圆周运动的周期你能根据以前所学的知识，推导一下带电粒子在匀强磁场做圆周运动的周期规律吗？（一）数学知识准备（二）圆心的确定情景一：如图，若已知入射点P、出射点M及其两点的速度方向，如何确定带电粒子运动轨迹圆心？【思路点拨】作入射速度出射速度的垂线，两垂线交点就是圆弧轨道的圆心。
带电粒子在磁场中的运动 质谱仪_高二物理教案
带电粒子在磁场中的运动质谱仪_高二物理教案教学目标知识目标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．能力目标通过推理、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．情感目标通过学习质谱仪的工作原理，让学生认识先进科技的发展，有助于培养学生对物理的学习兴趣．教学建议教材分析本节重点是研究带电粒子垂直射入匀强磁场中的运动规律：半径以及周期，通过复习相关力学知识，利用力于运动的关系突破这一重点，需要注意的是：1、确定垂直射入匀强电场中的带电粒子是匀速圆周运动；2、带电粒子的重力通常不考虑。
教法建议由于我们研究的是带电粒子在磁场中的运动情况，研究的是磁场力与运动的关系，因此教学开始，需要学生回忆相关的力学知识，为了引导学生分析推导粒子做匀速圆周运动的原因、规律，教师可以通过实验演示引入，让学生认真观察实验现象，结合运动和力的关系分析原因，总结规律，积极思考、讨论例题，对规律加深理解、提高应用能力．最后通过例题讲解，加深知识的理解．教学设计方案带电粒子在磁场中的运动质谱仪一、素质教育目标（一）知识教学点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．（二）能力训练点通过推理、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）德育渗透点通过学习质谱仪的工作原理，理解高科技的巨大力量．（四）美育渗透点用电子射线管产生的电子做圆周运动的精美图像感染学生，提高学生对物理学图像形式美的审美感受力．二、学法引导1、教师通过演示实验法引入，复习提问法引导学生分析推导粒子做匀速圆周运动的原因、规律．通过例题讲解，加深理解．2、学生认真观察实验现象，结合运动和力的关系分析原因，总结规律，积极思考、讨论例题，对规律加深理解、提高应用能力．三、重点难点疑点及解决办法1、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．2、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．3、疑点带电粒子的重力通常为什么不考虑？4、解决办法复习力学知识、引导同学利用力与运动的关系分析，讨论带电粒子在磁场中的运动情况。
带电粒子在匀强磁场中的运动+教案 高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第二册
课题 1.3 带电粒子在匀强磁场中的运动教学目标1. 知道带电粒子沿着磁场垂直的方向射入匀强磁场会做匀速圆周运动，能推导半径和周期。
2. 经历实验验证带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动。
3. 知道带电粒子做匀速圆周运动的周期与速度无关。
重点知道带电粒子沿着磁场垂直的方向射入匀强磁场会做匀速圆周运动，能推导半径和周期。
难点知道带电粒子做匀速圆周运动的周期与速度无关。
教学过程一、情境引入师：在现代科学技术中，常常要研究带电粒子在磁场中的运动。
如果沿着与磁场垂直的方向发射一束带电粒子，请猜想这束粒子在匀强磁场中的运动径迹？二、新课教学问1：由于是匀强磁场，洛伦兹力大小？生：不变。
问2：洛伦兹力的方向总与速度方向？生：垂直。
师：因此洛伦兹力对电荷做功吗？生：不做功！问3：洛伦兹力只会改变粒子速度的？不改变速度的？故粒子将做？教学过程生：由于洛伦兹力只改变速度方向，不改变速度大小，因此做匀速圆周运动。
实验：用洛伦兹力演示仪观察运动的电子在磁场中的偏转，装置当中有电子枪，灯丝点亮后就会不断释放电子，再有加速电场给电子加速使电子获得速度，励磁线圈又称亥姆赫兹线圈，这样的线圈中间形成的磁场为匀强磁场。
师：分别预测下列情况下带电粒子的运动径迹：1. 不加磁场。
2. 给励磁线圈通电，在玻璃泡中产生沿两线圈中心连线方向，由读者指向纸面的磁场。
3. 保持出射电子的速度不变，改变磁感应强度。
4. 保持磁感应强度不变，改变出射电子的速度大小和方向。
问：带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期与哪些因素有关呢？请同学们推导。
生：根据洛伦兹力提供向心力可知，由周期公式可知，可见周期与轨迹半径和运动速度无关！例1. 一个质量为1.67×10-27kg、电荷量为1.6×10-19C的带电粒子，以5×105m/s 的初速度沿与磁场垂直的方向射入磁感应强度为0.2T的匀强磁场。
求：（1）粒子所受的重力和洛伦兹力的大小之比；（2）粒子在磁场中运动的轨道半径；（3）粒子做匀速圆周运动的周期。
带电粒子在匀强磁场中的运动+教学设计-2024学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第二册
课题第3节带电粒子在匀强磁场中的运动课型新授课1.教学内容分析本节教材的内容属于洛伦兹力知识的应用，教材采用了实验探究加理论分析与推导的方式.带着实验得到的感性材料，再用学过的知识进行理论分析，让学生在这一学习过程中对理论与实践相结合的研究方法有所体会，并且在学习过程中尝到成功的喜悦。
1.学习者分析在必修二已经学习过了有关于匀速圆周运动的相关知识，物体做匀速圆周运动的条件，作为重点也应该存在于学生的知识储备中，为本节的学习提供了很好的基础。
2.学习目标确定物理观念：洛伦兹力的性质科学思维：通过洛伦兹力性质与平面几何知识的结合，分析带电粒子在磁场中的运动轨迹科学探究：采用洛伦兹力演示仪，通过控制变量法，研究影响电子束运动轨迹的因素。
科学态度与责任：研究洛伦兹力在质谱仪、回旋加速器中的应用原理。
4.学习重点难点教学重点：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教学难点：粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动5.学习评价设计渗透物理学研究方法的教育，体验物理方法的魅力.6.学习活动设计教师活动地磁场和太阳风地球周围空间有地磁场，两极强，中间弱从太阳或其他星体上，时刻都有大量的高能粒子流放出，称为宇宙射线地磁场能改变宇宙射线中带电粒子的运动方向，对宇宙射线起了一学生活动观看,并且讨论分析定的阻挡作用地磁场和极光环节一：教师活动1一、带电粒子在匀强磁场中的运动讨论：若带电粒子（不计重力）以沿着与匀强磁场垂直的方向射入磁场，粒子将如何运动？1、由于是匀强磁场，洛伦兹力大小保持不变2、洛伦兹力的方向总是与速度方向垂直，洛伦兹力只会改变粒子速度的方向，不会改变其大小学生活动1通过回忆匀速圆周运动的条件，得出结论沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动活动意图说明：培养学生的学科知识整合能力，由已知知识整理类比得出新知识，从而提升自己解决实际问题的能力。
环节二：教师活动2二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期学生活动2匀强磁场中带电粒子运动轨迹的半径与哪些因素有关？ 猜想并进行推导: 带电粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。
2019-2020年高中物理带电粒子在匀强电场中的运动教案人教版第二册
019-2020年高中物理带电粒子在匀强电场中的运动教案人教版第二册1.电容器：电容器可以容纳电荷（1）电容器的构成：在两个靠的很近的导体中间夹上一层绝缘物质（电介质）（2）电容器的充、放电2 •电客：电容器的两极板间的电势差增加1V所需的电量，叫做电容器的电容1卩F=10-6F1pF=10-6 卩F=10-12F影响电容的大小的因素增大两极板正对面积，电容增大。
减少两板间距离，电容也增大。
电介质会影响电容大小。
3•平行板电容器：C=, &为介电常数，k为静电力恒量。
4 •常用电容器。
13. 9带电粒子在匀强电场中的运动（2课时）第1课时一、教学目标1•使学生理解并掌握带电粒子在电场中运动的特点和规律，能够正确分析和解答带电粒子在电场中的加速和偏转等方面的问题.2•培养学生综合应用物理知识对具体问题进行具体分析的能力.二、教学重点、难点分析：带电粒子在电场中的运动是电场知识的重要应用，注重分析判断带电粒子在电场力作用下的运动情况，掌握运用力的观点和能的观点求解带电粒子运动的思路和方法.带电粒子在电场中加速和偏转问题将使用大部分力学知识，所以在复习中应加以对照，帮助学生理解掌握.三、教学方法：实验演示，启发式教学，计算机辅助教学四、教具：实物投影仪（或幻灯片），投影片，平抛运动速度、位移分解图，示波管原理，由沙摆得出简谐运动位移-时间图像装置图，电子束演示仪、示波管、示波器、讯号源、220V交流电源，计算机（模拟示波管YY和XX极板使电子束的偏转和扫描作用），自制教学课件五、教学过程。
（一）引入新课1、激发兴趣【演示】利用示波器产生动态的正弦图形，指出这是电子经电场加速后又在两个相互垂直的电场作用下偏转的结果。
2、介绍带电粒子：一般把重力可忽略不计的微观粒子称为带电粒子，如质子、电子、原子核、离子等。
利用电场使带电粒子加速或偏转在电子技术和高能物理中有重要应用，如北京正负电子对撞机是利用电场加速的实例，刚才看到的示波器又是电子在加速及偏转的实例。
物理教案-带电粒子在磁场中的运动 质谱仪
物理教案－带电粒子在磁场中的运动质谱仪一、教学目标1.理解带电粒子在磁场中的运动规律。
2.掌握质谱仪的原理及其在科研和实际应用中的价值。
3.培养学生的实验操作能力和观察能力。
二、教学重点与难点1.教学重点：带电粒子在磁场中的运动规律，质谱仪的原理。
2.教学难点：带电粒子在磁场中的圆周运动方程推导，质谱仪中粒子运动的数学处理。
三、教学准备1.教具：磁铁、粒子源、示波器、计算机等。
2.教材：《物理》课本相关章节。
3.教学软件：动画演示软件、实验数据处理软件。
四、教学过程第一课时：带电粒子在磁场中的运动1.引入新课通过提问方式引导学生回顾previously学习过的电荷、电流、磁场等基础知识。
简要介绍带电粒子在磁场中的运动规律。
2.探究带电粒子在磁场中的运动利用实验装置演示带电粒子在磁场中的运动轨迹。
引导学生观察并记录实验现象。
3.推导带电粒子在磁场中的圆周运动方程根据实验现象，引导学生分析带电粒子在磁场中受到的洛伦兹力。
利用牛顿第二定律推导出带电粒子在磁场中的圆周运动方程。
4.课堂小结强调圆周运动方程在实际应用中的重要性。
第二课时：质谱仪1.引入新课通过提问方式引导学生回顾上节课学习的带电粒子在磁场中的运动规律。
简要介绍质谱仪的原理。
2.质谱仪的原理利用动画演示软件，展示质谱仪的工作原理。
引导学生分析质谱仪中粒子运动的数学处理。
3.质谱仪的应用介绍质谱仪在科研、医疗、环保等领域的应用。
通过实例分析，让学生了解质谱仪在实际工作中的应用价值。
4.实验操作分组进行实验操作，观察带电粒子在磁场中的运动轨迹。
利用实验数据处理软件，分析实验数据。
5.课堂小结强调实验操作和数据分析在物理学习中的重要性。
第三课时：巩固与提高1.巩固知识通过提问、讨论等方式，检查学生对带电粒子在磁场中的运动规律和质谱仪原理的理解程度。
2.课堂练习布置相关练习题，让学生独立完成。
对学生的答案进行点评和讲解。
3.提高能力针对学生的实际情况，布置拓展性作业，提高学生的物理素养。
带电粒子在匀强磁场中的运动++导学案 高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第二册
专题：带电粒子在匀强磁场中的运动知识梳理1．两种方法定圆心方法一：已知入射点、入射方向和出射点、出射方向时，可通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图甲所示)。
方法二：已知入射方向和入射点、出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图乙所示)。
2．几何知识求半径利用平面几何关系，求出轨迹圆的可能半径(或圆心角)，求解时注意以下几个重要的几何特点：(1)粒子速度的偏向角(φ)等于圆心角(α)，并等于AB弦与切线的夹角(弦切角θ)的2倍(如图所示)，即φ＝α＝2θ。
(2)直角三角形的应用(勾股定理)。
找到AB的中点C，连接OC，则△AOC、△BOC都是直角三角形。
有r＝OA＝OB＝√CA2+OC2。
3．两个观点求时间观点一：由运动弧长计算，t＝lv (l为弧长)；观点二：由旋转角度计算，t＝α360°T或t＝α2πT。
总结：“三步法”处理带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动(1)画轨迹：确定圆心，画出轨迹并通过几何方法求半径。
(2)找联系：轨道半径与磁感应强度、运动速度相联系，偏转角度与圆心角、运动时间相联系，运动时间与周期相联系。
(3)用规律：运用牛顿第二定律和匀速圆周运动的规律，特别是周期公式和半径公式。
4．三类边界磁场中的轨迹特点(1)直线边界：进出磁场具有对称性。
【关注】四个点三个角（1）四个点：入射点、出射点、轨迹圆心和入射速度直线与出射速度直线的交点。
（2）三个角：速度偏转角、圆心角、弦切角，其中偏转角等于圆心角，也等于弦切角的2倍。
(2)平行边界：存在临界条件。
(3)圆形边界：等角进出，沿径向射入必沿径向射出。
巩固练习1、一个带电粒子，沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场，粒子的一段径迹如图所示，径迹上的每小段都可近似看成圆弧，由于带电粒子使沿途空气电离，粒子的能量逐渐减小(带电荷量不变)，从图中情况可以确定( )A ．粒子从a 运动到b ，带正电B ．粒子从b 运动到a ，带正电C ．粒子从a 运动到b ，带负电D ．粒子从b 运动到a ，带负电2、如图，在坐标系的第一和第二象限内存在磁感应强度大小分别为12B 和B 、方向均垂直于纸面向外的匀强磁场。
1.4质谱仪与回旋加速器教学设计高二下学期物理人教版选择性
了解带电粒子在匀强磁场中的偏转及其应用。
1.知识层面学生已经对带电粒子在磁场和电场中的运动有了一定的认识，能够进行基本的分析，知道了一些物理模型。
2.思维层面学生虽然对事物的认知已经由具体形象思维慢慢过渡到抽象的逻辑思维，但是建立过程仍需时间。
3.能力层面处理电场和磁场综合性问题时仍有些不够熟练，在解决实际应用问题时仍有不足。
物理观（一）环节一：科学探究质谱仪1.任务一：你能设计一个方案，以便分开电荷量相同质量不同的带电粒子吗？先用电场加速比荷不同的带电粒子，再用匀强电场使电场加速 qU = mv 2电场偏转 L =vt ，y =21 at 2 =21 md qU t2y = U ×L 2得： 4dU 0结论：轨迹相同，粒子的轨迹与粒子的性质无关，无 法分开比荷不同的粒子。
方案二、同一电场加速再通过同一磁场偏转 先用加速电场加速比荷不同的带电粒子， 再用匀强磁 场使带电粒子偏转，从而把它们分 开。
原理图如图所示：1 r1 2mU r =B q结论：由粒子的轨道半径表达式可知，比荷不同的带电粒子的半径不同， 这种方法可以分开比荷不同的粒 子。
（其他方案：让粒子束通过一速度选择器，再进入同 一电场偏转）了解弗朗西斯阿斯顿设计质谱仪证实了同位素 的存在，了解质谱仪对科技发展的作用。
任务二：理解质谱仪的结构和工作原理 得出：[课堂练习]问题①：什么样的带电微粒偏转半径越大呢？ 问题②：你能否标注分别对应的轨迹？了解粒子加速器的作用（二） 环节二：科学探究回旋加速器1.任务一： 直线加速器①一级加速 ②多级加速设电子进入第 n 个圆筒后的速度为 v ，根据动能定 理有 1 2 1 2nqU =2 mv 2mv 0 直线加速器的缺陷：占有空间范围大，在有限的空间 范围内制造直线加速器受到一定的限制。
2.任务二： 了解回旋加速器的结构， 理解其工作原理。
观看回旋加速器的工作原理， 注意观察加速 特点和回旋过程。
1.3 带电粒子在匀强磁场中的运动(第一课时)(教学设计)-高中物理人教版(2019)选择性必修二
课例编号学科物理年级高二学期第一学期课题带电粒子在磁场中的运动（一）教科书书名：普通高中教科书《物理》选择性必修第二册出版社：人教社出版日期：2019年6 月教学人员姓名单位授课教师指导教师教学目标教学目标：通过实验和理论分析，知道带电粒子沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场会做匀速圆周运动，圆周运动的半径与磁感应强度的大小和入射的速度大小有关。
教学重点：通过理论分析，推导出匀速圆周运动的半径和周期公式。
教学难点：理解电子垂直进入匀强磁场会做匀速圆周运动。
教学过程时间教学环节主要师生活动25分钟知识回顾新课教学引入1、洛伦兹力的方向：左手定则，注意负电粒子受力与正电粒子相反；2、洛伦兹力的大小：注意粒子速度与磁场方向夹角对洛伦兹力大小的影响；3、洛伦兹力的特点：（1）洛伦兹力始终与带电粒子的速度方向和磁场方向垂直；（2）洛伦兹力只改变带电粒子的速度方向，不改变带电粒子的速度大小；（3）当带电粒子的速度方向与磁场方向平行时，不受洛伦兹力。
4、力和运动的关系在现代科学技术中，常常要研究带电粒子在磁场中的运动。
如图所示，如果沿着与磁场垂直的方向发射一束带电粒子，这束粒子在匀强磁场中的运动轨迹会是什么样的呢？在磁场中的运动二、带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径动力学规律：类比行星绕太阳运动要分析粒子的运动，就要分析粒子的受力情况。
若粒子带正电，根据左手定则，使拇指与其余四个手指垂直；并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向正电荷运动的方向，这时拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。
你判断对了吗？可以看出，粒子将向下偏转，其运动轨迹为曲线。
是怎样的曲线呢？由于初速度和洛伦兹力都在跟磁场方向垂直的平面内，没有其他作用使粒子离开这个平面，所以粒子只能在这个平面内运动。
洛伦兹力又总是跟粒子的运动方向垂直，只改变速度的方向，不改变速度的大小，所以粒子的速率是恒定的，由F=qvB可知，洛伦兹力的大小也是恒定的。
2019-2020年高中物理第二册带电粒子在磁场中的运动质谱仪3
2019-2020年高中物理第二册带电粒子在磁场中的运动质谱仪3【教学目标】1、知识目标(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；(4)知道质谱仪的工作原理。
2、能力目标能综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在复合场中的问题。
3、德育目标培养学生的分析推理能力。
【教学重点】掌握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。
【教学难点】(1)粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动；(2)综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在复合场中的问题。
【教学方法】分析推导法、阅读法。
【教具准备】电子射线管、环形线圈、电源、投影仪、投影片、滑动变阻器。
【课时安排】1课时【教学过程】一、导入新课问题：什么是洛伦兹力？磁场对运动电荷的作用力。
问题：带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？不一定，洛伦兹力的计算公式为f=qvBsinθ，θ为电荷运动方向与磁场方向的夹角，当θ＝90º时，F＝qvB；当θ＝0º时，F＝0。
带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时会做什么运动呢？今天我们来学习──带电粒子在磁场中的运动、质谱仪。
二、新课教学1、带电粒子在匀强磁场中的运动(1)带电粒子的运动方向与磁场方向平行当带电粒子的运动方向与磁场方向平行时，粒子不受洛伦兹力。
所以，此时粒子做匀速直线运动。
粒子做匀速直线运动。
(2)带电粒子的运动方向与磁场方向垂直①运动轨迹垂直射入匀强磁场中的带电粒子，在洛伦兹力F＝qvB的作用下，将会偏离的运动方向。
那么带电粒子的运动轨迹是怎样的呢？演示：介绍电子射线管的工作原理，进行实验。
电子射线管的工作原理：由电子枪发出的电子射线可以使管内的低压水银蒸气发出辉光，显示出电子的径迹。
现象：在暗室中可以清楚地看到，在没有磁场作用时，电子的径迹是直线；在管外加上匀强磁场（这个磁场是由两个平行的通电环形线圈产生的），电子的径迹变弯曲成圆形。
高中物理第二册带电粒子在磁场中的运动 质谱仪1
高中物理第二册带电粒子在磁场中的运动质谱仪1●本节教材分析本节首先通过实验告诉学生，当带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动这一结论，然后试着让学生自己分析粒子为什么做匀速圆周运动.之后，可分以下几步进行引导：（1）帮助学生回忆有关的力学知识：根据粒子的初速度、初始位置和受力情况能够确定粒子的运动轨迹和速度变化等.（2）启发学生分析粒子受洛伦兹力的方向和速度的方向都在与磁感应强度方向垂直的平面内，故粒子总在这一平面内运动.（3）引导学生根据洛伦兹力总与速度方向垂直的特点，得出速度大小不变，方向在变.（4）根据质点做匀速圆周运动的条件，得出粒子做匀速圆周运动的结论.2.粒子运动的轨道半径和周期公式的推导，不但要用到洛伦兹力的知识，还要用到力学知识.在推导过程中，教材尽可能思路简明，突出公式间的物理联系，以期学生较好地理解这两个公式的物理意义.这两个公式也可以让学生自己推导，要求学生重在理解公式是如何导出的，不要死记公式.3.对物理公式的定性理解很重要，它不但有助于学生对公式的记忆.更重要的是，能够帮助学生理解相应的物理过程和物理规律.教学中要引导学生对半径公式和周期公式的定性理解.让学生根据学过的力学知识理解为什么轨道半径与粒子质量和粒子速度成正比，与粒子电荷量和磁感应强度成反比；为什么运动周期与粒子质量成正比，与粒子电荷量和磁感应强度成反比；为什么运动周期与粒子速度和轨道半径无关.●教学目标一、知识目标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.4.知道质谱仪的工作原理.二、能力目标1.通过讨论带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动，培养学生的分析综合能力.2.通过推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式和周期公式，培养学生的理解能力和推理能力.三、德育目标通过讲述带电粒子在科技、生产与生活中的典型应用，培养学生热爱科学、致力于科学研究的价值观.●教学重点带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式和周期公式，并能用来分析解决有关问题.●教学难点1.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的条件.2.对周期公式和半径公式的定性理解.●教学方法在教师指导下的启发式教学方法.●教学用具电子射线管、环形线圈、电源、投影仪、投影片、滑动变阻器.●课时安排1课时●教学过程一、引入新课［师］什么叫洛伦兹力？其大小和方向怎样确定？［生］磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力.当电荷在垂直于磁场的方向上运动时，磁场对运动电荷作用力的大小等于电荷的电荷量、速率跟磁感应强度的乘积.可用左手定则判断洛伦兹力的方向.［师］今天，我们要进一步探讨带电粒子在磁场中的运动规律.这不仅在理论上很重要，而且在高科技中有广泛的应用：高能粒子的加速；电子显微镜中的磁聚焦；微观粒子荷质比的测定等.我们将借助电子射线管有声有色地揭示我们所要学习的知识和规律.（板书课题）带电粒子在磁场中的运动质谱仪.二、新课教学1.运动轨迹［师］上节课中，同学们看到了电子射线管中的电子束在磁场中发生偏转的现象，下面请同学们进一步观察.［演示］首先简介课前调试好的一台J L834型洛伦兹力演示仪，接着演示电子射线管内的电子在匀强磁场中几种具有代表性的运动轨迹.请同学们注意观察各现象及相应的条件，并予以描述.［生甲］当电子的运动方向与磁场方向平行时，电子的运动轨迹是直线.［生乙］当电子的运动方向与磁场方向不平行也不垂直时，电子的运动轨迹是螺旋线.［生丙］当电子的运动方向与磁场方向垂直时，电子的运动轨迹是圆.［师］为什么在v⊥B的条件下，粒子的运动轨迹是圆形呢？电子做的是匀速圆周运动吗？请同学们试着用学过的运动学和动力学知识进行论证.［生甲］电子做的是匀速圆周运动.因为洛伦兹力总是跟粒子的运动方向垂直，对粒子不做功，根据动能定理粒子运动的速率不变，洛伦兹力只改变粒子的运动方向.这时洛伦兹力F=q v B大小不变，方向总与粒子的运动方向垂直且指向圆心，因此带电粒子做匀速圆周运动.［生乙］当带电粒子垂直射入匀强磁场中时，粒子的初速度和所受洛伦兹力的方向都在跟磁场方向垂直的平面内，没有任何作用使粒子离开这个平面，所以粒子只能在这个平面内运动.由于洛伦兹力提供向心力，所以带电粒子做匀速圆周运动，其运动轨迹是圆形.［师］两位同学的回答都正确.请同学们根据刚才的实验，回答下列几个问题：［问题1］带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的条件是什么？［生］带电粒子在磁场中做匀速圆周运动需满足两个条件：①匀强磁场；②v⊥B.［问题2］带电粒子在磁场中做匀速圆周运动时，受力有什么特点？［生］粒子只受洛伦兹力F=qvB作用，且洛伦兹力提供向心力.［问题3］带电粒子垂直进入匀强磁场中的运动特点是什么？［生］匀速圆周运动.［师］既然带电粒子垂直进入匀强磁场中时做匀速圆周运动，那么圆周的轨道半径和周期与哪些因素有关呢？让我们进行推导.2.轨道半径和周期出示投影片：一带电粒子的质量为m，电荷量为q，速率为v，它在磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，求轨道半径有多大？［师］什么力提供了带电粒子做匀速圆周运动的向心力？［生］粒子所受的洛伦兹力提供了它做匀速圆周运动的向心力.［师］带电粒子所受的洛伦兹力大小如何？做匀速圆周运动需要的向心力多大？ ［生］洛伦兹力的大小为F =qvB ，向心力的大小为F 向=m rv 2.［师］根据洛伦兹力提供向心力得方程：qvB =mrv 2由此解得轨道半径为r =qBmv［师］请同学们利用匀速圆周运动的知识求轨道周期. ［生］将r =qB mv 代入周期公式T =vr π2，解得轨道周期T =qB m π2. ［师］公式r =qBmv表明，带电粒子在磁场中做匀速圆周运动半径决定于什么因素？ ［生］带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径决定于粒子的动量，运动的动量越大，轨道半径越大.［师］公式T =qBmπ2表明，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有关吗？［生］无关. ［投影］如图所示，一质量为m ，电荷量为q 的粒子从容器A 下方小孔S 1飘入电势差为U 的加速电场，然后让粒子垂直进入磁感应强度为B 的磁场中，最后打到底片D 上.(1)粒子在S 1区做什么运动?(2)在S 2区做何种运动，在S 3区将做何种运动? (3)粒子进入磁场时的速率？（4）粒子在磁场中运动的轨道半径？ 解析：（1）由于S 1区有加速电场，故带电粒子在电场力的作用下做匀加速直线运动. （2）在S 2区带电粒子不受任何力的作用，故带电粒子做匀速直线运动；在S 3区有匀强磁场，故带电粒子在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动.（3）粒子进入加速电场时的速度很小，可以认为等于零.粒子进入磁场时的速率v 等于它在电场中被加速而得到的速率.由动能定理可知，粒子在电场中得到的动能等于电场对它所做的功，即qU =21mv 2 由此可解出v =mqU 2（4）粒子垂直进入匀强磁场中后，在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，据洛伦兹力提供向心力，有qvB =m rv 2解得r =qB mv =22qB mU 3.质谱仪［师］请同学们阅读教材181页质谱仪部分，并回答下列问题. ［问题1］质谱仪主要由哪几部分构成？［生］质谱仪由静电加速极、速度选择器、偏转磁场、显示屏等组成. ［问题2］质谱仪的工作原理是什么？［生］电荷量相同而质量有微小差别的粒子，它们进入磁场后将沿着不同的半径做圆周运动，打到照相底片不同的地方，在底片上形成若干谱线状的细条，叫质谱线.每一条谱线对应于一定的质量.从谱线的位置可以知道圆周的半径r ，如果再已知带电粒子的电荷量q ，就可以算出它的质量，这种仪器叫做质谱仪.［问题3］什么叫同位素？［生］质子数相同而中子数不同的同一种元素叫同位素. ［问题4］质谱仪最初是由谁设计的？［生］质谱仪最初是由汤姆生的学生阿斯顿设计的. ［问题5］质谱仪的主要用途是什么？［生］质谱仪是一种十分精密的仪器，是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具. 三、小结通过本节课的学习，主要学习了以下几个问题：1.当带电粒子垂直进入匀强磁场中时，粒子在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动.2.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径r =qB mv ,周期T =qBm2. 3.利用质谱仪可以测定带电粒子的质量. 四、作业1.P 182练习四（1）、（2）、（3）、（6）.2.预习回旋加速器. 五、板书设计。
5带电粒子在磁场中运动教案旧人教第二册
新课学习专题：带电粒子在磁场中的运动重庆市中学 叶 荣【学习目标】1．掌握带电粒子在磁场中运动问题的分析方法 2．提高运用数学知识解决物理问题的能力 【重点】建立带电粒子在磁场中运动的物理情景【难点】物理情（图）景与解析几何知识有机结合，将物理问题化归为数学问题 【方法】数理结合，建模和化归的思想方法【解题思维流程】题给文字信息→建立物理图景→化归为几何问题→还原为物理结论（构建物理图景（模型）是关键、化归为几何问题是手段）【知识概要】 基本方程：牛顿第二定律：R v m qvB 2=，得qBmvR =（v R ∝）；运动周期：qBm v R T ππ22==辅助方程：具体物理图景中隐含的几何关系（这是解决问题的必由之路）【学习过程】（2课时）带电粒子在磁场中的运动大体包含五种常见情景：（一）无边界磁场 （二）单边界磁场 （三）双边界磁场 （四）矩形界磁场 （五）圆形界磁场 【应用展示】（一）无边界磁场：粒子轨迹为完整的圆。
（二）单边界磁场：轨迹为部分圆弧。
关键提示：连接入射点和出射点（或轨迹上任两点）得到弦，做速度方向的垂线（亦即洛伦兹力方向）和弦的中垂线，交点即为圆心。
几何关系：d R =2sin2θ（弦长），2θα=（如图）【例1】如图，在一水平放置的平板MN 的上方有匀强磁场，磁感应强度的大小为B ，磁场方向垂直于纸面向里。
许多质量为m 带电量为＋q 的粒子，以相同的速率v 沿位于纸面内的各个方向，由小孔O 射入磁场区域。
不计重力，不计粒子间的相互影响。
下列图中阴影部分表示带电粒子可能经过的区域，其中R ＝m v/Bq 。
哪个图是正确的？A BC D【点拔】涉及大量粒子的运动问题时，可转化为一个粒子以各个速度方向射入磁场，画出几个特殊速度方向时粒子运动的情况，依此类推，即可找出粒子可能的运动区域。
【拓展】粒子运动轨迹的圆心如何运动？以入射点为圆心、以粒子运动半径为半径的41圆弧。
【变式】如图直线MN 上方有磁感应强度为B 的匀强磁场。
高中物理第二册带电粒子在磁场中的运动 质谱仪2
带电粒子在磁场中的运动 质谱仪一、洛伦兹力 1.洛伦兹力的大小运动电荷在磁场中受到的磁场力叫洛伦兹力，它是安培力的微观表现。
计算公式的推导：如图所示，整个导线受到的磁场力（安培力）为F安 =BIL ；其中I=nesv ；设导线中共有N 个自由电子N=nsL ；每个电子受的磁场力为F ，则F 安=NF 。
由以上四式可得F=qvB 。
条件是v 与B 垂直。
当v 与B 成θ角时，F=qvB sin θ。
2.洛伦兹力方向的判定：用左手定则来判断：伸开左手，使大拇指跟其余四指垂直，且与手掌在同一平面内，把左手放入磁场，让磁感线从手心穿入，四指指向正电荷运动的方向(或负电荷运动的反方向)，那么拇指所指的方向就是运动电荷所受洛伦兹力的方向．3. 洛伦兹力的特点由左手定则知，洛伦兹力的方向一定既垂直于电荷运动的方向，也垂直于磁场方向．由于洛伦兹力的方向与速度的方向垂直，所以洛伦兹力的瞬时功率P ＝fv cos90°＝0，即洛伦兹力永远不做功．【例1】磁流体发电机原理图如右。
等离子体高速从左向右喷射，两极板间有如图方向的匀强磁场。
该发电机哪个极板为正极？两板间最大电压为多少？【例2】 半导体靠自由电子（带负电）和空穴（相当于带正电）导电，分为p 型和n 型两种。
p 型中空穴为多数载流子；n 型中自由电子为多数载流子。
用以下实验可以判定一块半导体材料是p 型还是n 型：将材料放在匀强磁场中，通以图示方向的电流I ，用电压表判定上下两个表面的电势高低，若上极板电势高，就是p 型半导体；若下极板电势高，就是n 型半导体。
试分析原因。
【例3】 如图直线MN 上方有磁感应强度为B 的匀强磁场。
正、负电子同时从同一点O 以与MN 成30°角的同样速度v 射入磁场（电子质量为m ，电荷为e ），它们从磁场中射出时相距多远？射出的时间差是多少？【例4】 一个质量为m 电荷量为q 的带电粒子从x 轴上的P （a ，0）点以速度v ，沿与xM正方向成60°的方向射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于y 轴射出第一象限。
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2019-2020年高中物理带电粒子在磁场中的运动质谱仪教案人教版二册
一、教学目标
1．根据洛伦兹力的特点，理解带电粒子垂直进入磁场做匀速圆周运动。
2．以洛伦兹力为向心力推导出带电粒子在磁场中做圆运动的半径和周期，并讨论它们的物理意义。
3．掌握速度选择器和质谱仪的工作原理和计算方法。
二、重点、难点分析
1．洛伦兹力f=Bqv的应用是该节课的重点。
2．洛伦兹力作为向心力，是使运动电荷在磁场中做匀速圆周运动的原因。
结合圆周运动的运动学知识和动力学知识推导和周期是本节的难点。
3．对速度选择器和质谱仪的工作原理的理解和掌握也是本节的重点和难点。
三、教具：洛伦兹力演示仪。
四、教学方法：实验演示，多媒体辅助教学
五、主要教学过程
（一）引入新课
1．提问：如图所示，当带电粒子q以速度v分别垂直进入匀强电场和匀强磁场中，它们
将做什么运动？（如图1所示）
回答：类平抛和匀速圆周运动。
在此学生很有可能根据带电粒子进入匀强电场做类平抛运动的经
验，误认为带电粒子垂直进入匀强磁场也做类平抛运动。
在这里不管学
生回答正确与错误，都应马上追问：为什么？引导学生思考，自己得出
正确答案。
2．观察演示实验：带电粒子在磁场中的运动——洛伦兹力演示仪。
3．看挂图，比较带电粒子垂直进入匀强电场和磁场这两种情况下轨迹的差别。
（二）进行新课
1．带电粒子垂直进入匀强磁场的轨迹（板书）
提问：①在什么平面内？它与v的方位关系怎样？
②对运动电荷是否做功？
③对运动电荷的运动起何作用？
④带电粒子在磁场中的运动具有什么特点？
通过学生的回答，展开讨论，让同学自己得出正确的答案，强化上节所学知识——洛伦兹力产生条件，洛伦兹力大小、方向的计算和判断方法。
结论：（板书）①带电粒子垂直进入匀强磁场，其初速度v与磁场垂直，根据左手定则，其受洛伦兹力的方向也跟磁场方向垂直，并与初速度方向都在同一垂直磁场的平面内，所以粒子只能在该平面内运动。
②洛伦兹力总是跟带电粒子的运动方向垂直，它只改变粒子运动的方向，不改变粒子速度的大小，所以粒子在磁场中运动的速率是恒定的，这时洛伦兹力的大小f=Bqv也是恒定的。
③洛伦兹力对运动粒子不做功。
④洛伦兹力对运动粒子起着向心力的作用，因此粒子的运动一定是匀速圆周运动。
2．带电粒子在磁场中运动的轨道半径
提问：①带电粒子做匀速圆周运动时，什么力作为向心力？
==Bqv
（1）
②做匀速圆周运动的物体所受的向心力F心与物体质量m、速度v和半径r的关系如何？
=mv2／
r （2）进而由学生自己推出：
讨论：
①粒子运动轨道半径与哪些因素有关，关系如何？
②质量不同电量相同的带电粒子，若以大小相等的动量垂直进入同一匀强磁场，它们的轨道半径关系如何？
③速度相同，荷质比不同的带电粒子垂直进入同一匀强磁场，它们的轨道半径关系如何？
④在同一磁场中做半径相等的圆周运动的氢、氦原子核，哪个运动速度大？
3．带电粒子在磁场中的运动周期
提问：①圆周长与圆半径有何关系？周长=2πr
②圆周运动的周期与周长和速率的关系如何？T＝
③推出带电粒子在磁场中的周期因故
讨论：①带电粒子在磁场中做圆周运动的周期大小与哪些因素有关？关系如何？
②同一带电粒子，在磁场中做圆周运动，当它的速率增大时，其周期怎样改变？
③速率不同、质量也不同的两带电粒子进入同一磁场做圆周运动，若它们的周期相同，则它们相同的物理量还有哪个？
4．速度选择器的工作原理
提问：①带电粒子（带正电）q以速度v垂直进入匀强电场，受电
场力作用，运动方向将发生偏转，如图2所示。
若在匀强电场范围内再
加一个匀强磁场，使该带电粒子的运动不偏转，求所加匀强磁场的方向
和磁感应强度的大小。
引导学生利用所学知识自己分析得出结论。
分析：电荷进入电场，受垂直向下的电场力作用而偏转，若使它不发
生偏转，电荷受所加磁场的洛伦兹力方向一定与电场力方向相反，根据左
手定则和洛伦兹力方向确定磁场方向：垂直纸面、背向读者，如图3所示。
因为=
若我们在该装置前后各加一块挡板，让电量相同的不同速度的带电粒
子从前边挡板中小孔射入，经过匀强电场和磁场，只有其运动速度刚好满足f洛=F安的粒子运动轨迹不发生偏转，从第二块挡板上小孔中射出。
改变匀强电场或匀强磁场的大小，就可以得到不同速度的带电粒子。
这个装置就叫做速度选择器。
由上面的关系很容易推导出通过速度选择器的带电粒子的速度大小v=E/B.
②若将一个能通过某速度选择器的正电荷换成一个电量相等速度不变的负电荷，它还能通过该速度选择器吗？为什么？
回答：能。
因为虽然它所受电场力和洛伦兹力方向都与正电荷方向相反，但大小仍然相等，其合力仍然为零，所以能通过。
5．质谱仪
提问：①当氢的三种同位素氕()、氘()、氚()以相同的速度垂直进入同一匀强磁场，如图4，求它们运动的轨道半径之比是多少？
分析：、、在匀强磁场中做圆周运动，作为向心力，分别有：
以上装置就是质谱仪，它可以很方便地帮助我们发现一些元素的同位素，或计算一些带电粒子的质量或荷质比。
（三）课堂小结
带电粒子垂直进入匀强磁场时，受到一个大小不变而且始终与其速度方向垂直的洛伦兹力作用，此力对带电粒子不做功，只改变粒子的速度方向，不改变其速度大小，粒子将做匀速圆周运动，其轨道半径为。
对于同种带电粒子，R与v成正比，与B成反比。
对于不同的带电粒子（质量、电荷不相同），其R与mv成正比，与Bq成反比，其周期，即T与粒子运动速度v和半径R无关，与荷质比和B的乘积成反比。
(四)布置作业：把课本182页练习四(1)、(2)、(3)做在作业本上，（4）、（5）、（6）做课本上。
六、教学说明
1．本节在研究带电粒子在磁场中做圆周运动的规律时，首先要强调“在匀强磁场中”和“v垂直于B”这两个条件。
2．轨道半径和周期的推导应强调推导的过程和涉及的旧知识，对于导出的结果和不要光让学生死记硬背，而重点应放在对其结果的讨论上，使学生理解该结论的内涵和外延。
3．在上述问题都很好地掌握的基础上，再讲速度选择器和质谱仪，这两部分内容其实就是新旧知识的实际应用。
4．关于带电粒子在磁场中的偏转量计算问题，因用到不少平面几何知识，可放在以后的习题课中解决。