1、带电粒子在磁场中的运动（学案）一温故：问题 1： 洛伦兹力产生的条件？问题 2 洛伦兹力的大小和方向如何确定？（1） 当 与 平行时 洛 =-(2)当 v 与 B 垂直时大小: 洛 =-方向 -问题 3、 洛伦兹力有什么特点？（1）-（2）-二 知新：射入匀强磁场中的带电粒子（不计重力）将做怎样的运呢？带着这个问题我们进入今天的学习。(一) ：了解洛伦兹力演示仪。阅读下面一段材料回答有关问题。如图是洛伦兹力演示仪，电子束由电子枪产生，玻璃泡内有稀薄气体，在电子束通过时能够显示电子的径迹。励磁线圈的原理与通电螺线管相同，在线圈之间产生匀强磁场，磁场的方向与两线圈的中心的连线平行。电子的速度大小由
2、加速电压来调节，磁感应强度可以通过励磁线圈的电流来调节。问题：（1）电子枪的作用是什么？-（2）加速电压是如何调节电子的速度？写出表达式-（3）励磁线圈的作用是什么？-（二）探究粒子的运动轨迹。提出问题（1）：不加磁场时观察电子束的径迹如何？猜想：-理论依据：-提出问题（2）：当电子的速度与磁场平行时电子束的径迹如何？猜想：-理论依据：-提出问题（3）：当电子的速度与磁场垂直时电子束的径迹如何？励磁线圈电子枪加速电压选择档磁场强弱选择挡猜想：-理论依据：-实验验证:得出结论(1)不加磁场时粒子的轨迹是_-(2)当 与 平行时粒子的轨迹是_（3）当 v 与 B 垂直时粒子的轨迹是_-（三）探究粒
3、子的做圆周运动的轨道半径和周期：提出问题（1）： 保持初射电子的速度不变，增加磁感应强度，电子束径迹将如何变化？猜想：-提出问题（2）： 保持磁感应强度不变，增加出射电子的速度，电子束径迹将如何的变化？猜想：-理论推导：实验验证：得出结论 R=-T=-对应练习 1 一个初速度为零的质子 ,经过电压为 1.2510 3V 的电磁场加速后,垂直进入磁感应强度 B=0.20T 的匀强磁场 (质子质量 m=1.610-27kg,电荷量 q=1.610-19C)试求:(1)质子进入磁场时的速度。(2)质子在磁场中运动的轨道半径。(3)质子做匀速圆周运动的周期。三：新知识的应用与推广应用（一）：质谱仪：质
4、谱仪是由汤姆生的学生阿斯顿设计的。质谱仪的原理如图所示，A 为容器盒，盒内有电荷量相同而质量有微小差别的微粒，经过电场加速后进入磁场。进入磁场后将沿着不同的半径做圆周运动，打到照相底片的不同地方，磁场强弱选择挡在底片上形成若干谱线状的细线，叫做质谱线。每一条谱线对应一定的质量，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。阿斯顿用质谱仪发现了氖 20 和氖 22，证实了同位素的存在。质谱仪是十分精密的仪器，是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。请同学阅读完以上材料回答以下问题：（1）若加速电压为 U，求带电粒子进入磁场是的速度多大？（2）若磁场的
5、磁感应强度为 B,求粒子在磁场中运动的轨道半径？（3）由（1）和（2）问的结论简述质谱仪的原理？应用（二）：回旋加速器阅读材料 1：回答问题：要认识原子核内部的情况，必须把核“打开”进行“观察” 。然而，原子核被强大的核力约束，只有用极高的能量的粒子作为“炮弹”去轰击，才能把它“打开”。产生这些高能“炮弹”的“工厂”就是各种各样的粒子加速器。问题（1）：怎样才能产生这些高能的带电粒子。问题（2）：产生过高的电压在技术上是很困难的。应该如何加速？问题（3）：如果采用多级加速的方法，它的缺点是什么？阅读材料 2：回答问题：1931 年，加利福尼亚大学的劳伦斯提出了一个卓越的思想，通过磁场的作用迫使
6、带电粒子沿着磁极之间做螺旋线运动,把长的电极像卷尺那样卷起来，发明 了回旋加速器，第一台直径为 27cm 的回旋加速器投入运行，它能将质子加速到1Mev。 1939 年劳伦斯获诺贝尔物理奖。回旋加速器结构如图所示，有两个中空的半圆的金属盒它们之间夹有一定的电势差。A 处的粒子源产生的带电粒子，在两盒之间被电场加速。两个半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，所以带电粒子在磁场中匀速圆周运动。经过半个周期之后，当它们再次到达两盒间的缝隙时，控制两盒间的电势差，使其恰好改变正负，于是粒子再一次被加速。如此，粒子一次一次的被加速，粒子就能够得到很大的速度。问题（1）：粒子每经过一次加速，它的轨道半径就会大
7、一些，为什么？问题（2）：由于粒子运动得越来越快，如果粒子走过半圆的时间越来越短，这样两盒间电势的变换就要越来越快。实际情况是这样吗？问题（3）：如果带电粒子的质量 m 电量为 q，所加的磁场的磁感应强度为B。所加的交变电压的周期多大。问题（4）：如果 D 形盒的最大半径为 R，磁场的磁感应强度为 B 带电粒子的质量 m 电量为 q 则带电粒子从加速器飞出时的速度和动能分别为多少？四：自我检测：1.有电子、质子、氘核和氚核，以相同的速度垂直射入同一匀强磁场中，它们在磁场中都做圆周运动，则轨道半径最大的粒子是：（ ）A 氘核 B 氚核C 电子 D 质子2.处在匀强磁场中的两个电子 A 和 B ，
8、分别以速度和 2垂直射入磁场，磁场足够大，经磁场偏转后，哪个电子先回到出发点（ ）A A 先到达 B B 先到达C 同时到达 D 条件不足无法判断.关于回旋加速器，下列说法正确的是（ ）A 回旋加速器是利用磁场对运动电荷的作用使带电粒子的速度增大。B 回旋加速器是利用电场加速的。C 回旋加速器是通过多次电场加速使带电粒子获得高能量。D 带电粒子在回旋加速器中不断加速，故在其中做圆周运动一周所用的时间越来越短。.关于回旋加速器，下列说法正确的是（ ）A 回旋加速器占用空间小，但不能使带电粒子获得非常高的能量。B 回旋加速器所在处的磁场方向随粒子在 D 形盒中运动做周期性变化。C：两 D 形盒间的
9、电场变化周期与粒子在 D 形盒间中做圆周运动的周期相同D：带电粒子在回旋加速器的两 D 形盒中加速。5、在匀强磁场中，一个带电粒子做匀速圆周运动，如果又顺利垂直进入另一磁感应 强度是原来磁感应强度倍的匀强磁场，则( ) A.粒子的速率加倍，周期减半B.粒子速率不变，轨道半径减半C.粒子的速率减半，轨道半径变为原来的D.粒子速率不变，周期减6、以大小不同的初速度沿垂直磁场的方向射入一匀强磁场中.设 、 为这两个 电子的运动轨道半径， 、 T 是它们的运动周期，则( ) A. ， T B. ， TC. ， T D. ， T7、质子（ ）和 粒子（ ）在同一匀强磁场中做半径相同的圆周运动.由 H1H
10、e42此可知质子的动能 E 和 粒子的动能 之比 等于( )A. B. C. D.8、如图 3 匀强磁场宽度为 L，磁感应强度为 B，方向垂直纸面向里，有一质量为m，电量为 q 的正粒子，以初速度垂直磁场方向从小孔 C 射入匀强磁场后从磁场右边界 A 点射出，已知 AB 间距离为 H. （1）求粒子的初速度 v0. （2）粒子在磁场中的运动时间.9 如图为测量某种离子的比荷的装置,让中性气体分子进入电离室 A，在那里被电离成离子，这些离子从电离室的小孔飘出，从缝 S1进入加速电场被加速，然后从缝 S2垂直进入匀强磁场，最后打在底片的 P 点，已知加速电压为 U，磁场的磁感应强度为 B,缝 S2与 P 之间的距离为 A.离子从 S1进入电场时的速度不计，求该粒子的比荷 。mq图 3
