1、带电粒子在电场和磁场中运动的应用教学目的 、能了解荷质比的测定方法。、能了解质谱仪、速度选择器、回旋加速器的基本构造及原理。、能够运用带电粒子在磁场中运动的规律来解决有关实际问题。教学重点运用带电粒子在磁场中运动的规律来解决有关实际问题。教学难点回旋加速器中带电粒子运动速度、周期与加速电场周期的关系。教学方法提问、讨论法教学手段多媒体辅助教学教学过程一、复习提问提问、带电粒子垂直进入某一匀强磁场，其受力情况如何？运动轨迹如何？、带电粒子在磁场中作匀速圆周运动，其轨道半径、周期分别由什么来决定？二、引入新课带电粒子在磁场中的运动有哪些应用呢？若空间同时存在电场与磁场，带电粒子的运动又会受到什么影
2、响呢？三、讲授新课（一）、荷质比的测定、质谱仪板书1.荷质比的概念：带电粒子的电荷与质量之比。它是带电粒子的基本参量。板书在电场和磁场中，带电粒子受到的力与电量成正比，得到的加速度与粒子的质量成反比，因而粒子的运动情况依赖于粒子的荷质比。这样，我们确定了粒子的荷质比，就可研究带电粒子在电场和磁场中的运动情况；反之由粒子的运动情况也可求出粒子的荷质比。、测定荷质比的装置：A：电离室S 1S2：加速电场 S 2S3：速度选择器B：匀强磁场D：照相底片）、粒子进入电离室，电离成正负离子；）、正离子由孔飘出，从缝 S1进入加速电场，设加速电场两极板间的电势差是 U，粒子所带的电量是q，粒子进入缝 S1
3、时速度很小，几乎为零，由动能定理可知，粒子离开加速电场从孔 S 出来所获得的动能是 mv2/2=qU-(1)3)、粒子以速度 v 由小孔 S3进入匀强磁场作匀速圆周运动,mv 2/r=Bqv-(2)由（）和（）式得：q/m=2U/B 2r2上式右方的各物理量都可以由实验测出来。即微观量的大小可以通过宏观量的测定而得到的。板书、电子就是通过测定荷质比而被发现的。、测定荷质比的装置质谱仪（最初由汤姆生发现的）。、质谱线：从离子源中射出的带电粒子的电量相同，而质量有微小差别，由公式 q/m=2U/B2r2，它们进入磁场后将沿不同的半径做圆周运动，打在照相底片的不同位置，在底片上形成若干谱线条的细条，
4、叫质谱线。得用质谱线可以准确地测出各种同位素的原子量。板书（二）、速度选择器、原理示意图 离子从小孔 S1飘出来时速度并不相同，因此经加速电场加速后，从缝 S3进入匀强磁场中速度也不同，这对实验有一定的影响。于是人们在缝 S2和缝 S3之间加一速度选择器。其中 D1和 D2是板书两个平行金属板，分别连电源的两极上，其间有一定的电场强度 E，同时在这空间加有垂直电场方向的磁场，磁感应强度为 B。不同速率的粒子进入混合场，运动轨迹不同。、原理：若 BqvEq，粒子向右偏转；若 BqvEq，粒子向右偏转；若 Bqv=Eq，粒子由缝 S3射出根据：Bqv=Eq则：V=E/B、讨论：提问，学生讨论1）、
5、若带电粒子带负电，会不会影响速度选择器对速度的选择？若把磁场或电场反向，会不会影响速度选择器对速度的选择？若把磁场和电场同时反向，会不会影响速度选择器对速度的2）、质谱仪主要是用来研究同位素的粒子的质量为 m，电量为 q，加速电压为 U,速度选择器内电场为 E，磁感应强度为 B，匀强磁场的磁感应强度为 B，粒子射到了照相底片上，使底片感受光，设底片感光 处距 S3的距离为 x，试证明 x=qBBx/2E.板书(三)、回旋加速器、不是利用高压电源使粒子一次性得到巨大的速度，而是利用电压较低的高频电源，使粒子每隔一定的时间受到一次加速，经过多次加速后达到巨大速度。、回旋加速器的主要构造回旋加速器的
6、核心部分是两个 D 形的金属扁盒，这两个 D 形盒就象是沿着直径把一个圆形的金属扁盒切成两半，两个 D 形盒之间留一个窄缝，在中心附近放有粒子源。D 形盒装在真空容器中，整个装置放在巨大电磁铁的两极之间，磁场方向垂直于 D 形盒的底面。两个 D 形盒分别接在频率为的高频电源的两极上，就在 D 形盒的窄缝之间造成交变电场，这样粒子源发出的带电粒子就不断加速。带电粒子在 D 形盒内沿螺旋线逐渐趋于盒的边缘，达到一定的速率后，用特殊装置把它们引出。3、工作原理）A 0处放一粒子源，带正电的粒子以某一速率 v0垂直进入匀强磁场，在磁场中作匀速圆周运动，经过T/2，沿圆弧 A0A1到达 A1。）在 A1
7、A处造成一个向上电场，使其加速，速率由 v0增加到 v1，粒子以 v1在磁场中做匀速圆周运动，虽然粒子的运动半径随速率的增大而增大，但周期与速率、半径无关，所以经过 T/2，沿半圆弧 A1A2到达 A2。）在 A2A2处造成一向下电经加速后，速率为v2。4）如此继续下去，每当粒子运动到 A1、A 3、A 5 有一向上电场加速，每当粒子运动到 A2、A 4、A 6 处有一向下电场加速，粒子沿着螺线回旋下去， 速率将一步一步地增大。、说明：要保证粒子沿着螺线回旋下去，速率一步一步地增大，交变电场的周期必须与粒子作匀速圆周运动周期相等。四、总结教师总结本节课共讨论了三个主要应用，分别是质谱仪、速度选
8、择器和回旋加速器，要掌握它们的原理，只要明确带电粒子在电场和磁场的运动规律即可。五、布置作业学习指导书的相应练习课堂检测1、数颗带电粒子从静止开始经同一电场加速后进入同一匀强磁场中，其速度方向均与磁场垂直。这些粒子在磁场中做圆周运动的半径均相同，则它们在磁场中具有- A）相同的动量大小 B）相同的动能 C）相同的荷质比 D）相同的周期2、具有相同速度的质子、氘核和 粒子垂直于磁场方向飞入同一匀强磁场中，则 A）它们的轨道半径之比为 1:2:2 B）它们的向心加速度之比为 2:1:1C）它们的向心力之比为 1:1:2 D）它们的周期之比为 1:2:23、如图所示的是速度选择器示意图，若要正常工作，则以下论述正确的是- A）P 1的电势必须高于 P2的电势B）磁感应强度 B、电场强度 E 和被选择的粒子速率 v 应满足v=BEC）从 S2出来的只能是正电荷，不能是负电荷D）若把磁场和电场的方向都改变为原来的相反方向，速度选择器同样正常工作4、如图所示，带电粒子进入匀强磁场，垂直穿越均匀铝板，如果=20，=19，求带电粒子能穿过铝板多少次？（设铝板对带电粒子的阻力恒定，粒子的电量不变）
