帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)

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1、帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用［教學(xué)目的］１、能了解荷質(zhì)比的測(cè)定方法。２、能了解質(zhì)譜儀、速度選擇器、回旋加速器的基本構(gòu)造及原理。３、能夠運(yùn)用帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的規(guī)律來(lái)解決有關(guān)實(shí)際問(wèn)題。［教學(xué)重點(diǎn)］運(yùn)用帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的規(guī)律來(lái)解決有關(guān)實(shí)際問(wèn)題。［教學(xué)難點(diǎn)］回旋加速器中帶電粒子運(yùn)動(dòng)速度、周期與加速電場(chǎng)周期　　　　　　的關(guān)系。［教學(xué)方法］提問(wèn)、討論法［教學(xué)手段］多媒體輔助教學(xué)［教學(xué)過(guò)程］一、復(fù)習(xí)提問(wèn)提問(wèn)１、帶電粒子垂直進(jìn)入某一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其受力情況如何？運(yùn)動(dòng)軌跡如何？２、帶電粒子在磁場(chǎng)中作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑、周期分別由什么來(lái)決定？二、引入新課帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)有哪些

2、應(yīng)用呢？若空間同時(shí)存在電場(chǎng)與磁場(chǎng)，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)又會(huì)受到什么影響呢？三、講授新課（一）、荷質(zhì)比的測(cè)定、質(zhì)譜儀板書(shū)1.荷質(zhì)比的概念：帶電粒子的電荷與質(zhì)量之比。它是帶電粒子的基本參量。板書(shū)在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中，帶電粒子受到的力與電量成正比，得到的加速度與粒子的質(zhì)量成反比，因而粒子的運(yùn)動(dòng)情況依賴(lài)于粒子的荷質(zhì)比。這樣，我們確定了粒子的荷質(zhì)比，就可研究帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況；反之由粒子的運(yùn)動(dòng)情況也可求出粒子的荷質(zhì)比。３、測(cè)定荷質(zhì)比的裝置：　A：電離室　S1—S2：加速電場(chǎng)　S2—S3：速度選擇器　B：勻強(qiáng)磁場(chǎng)D：照相底片１）、粒子進(jìn)入電離室，電離成正負(fù)離子；２）、正離子由孔飄出，從

3、縫S1進(jìn)入加速電場(chǎng)，設(shè)加速電場(chǎng)兩極板間的電勢(shì)差是U，粒子所帶的電量是q，粒子進(jìn)入縫S1時(shí)速度很小，幾乎為零，由動(dòng)能定理可知，粒子離開(kāi)加速電場(chǎng)從孔S２出來(lái)所獲得的動(dòng)能是mv2/2=qU----------------------------------(1)3)、粒子以速度v由小孔S3進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)作勻速圓周運(yùn)動(dòng),mv2/r=Bqv---------------------------------------(2)由（１）和（２）式得：q/m=2U/B2r2上式右方的各物理量都可以由實(shí)驗(yàn)測(cè)出來(lái)。即微觀量的大小可以通過(guò)宏觀量的測(cè)定而得到的。板書(shū)４、電子就是通過(guò)測(cè)定荷質(zhì)比而被發(fā)現(xiàn)的。

4、５、測(cè)定荷質(zhì)比的裝置――質(zhì)譜儀（最初由湯姆生發(fā)現(xiàn)的）。６、質(zhì)譜線：從離子源中射出的帶電粒子的電量相同，而質(zhì)量有微小差別，由公式q/m=2U/B2r2，它們進(jìn)入磁場(chǎng)后將沿不同的半徑做圓周運(yùn)動(dòng)，打在照相底片的不同位置，在底片上形成若干譜線條的細(xì)條，叫質(zhì)譜線。得用質(zhì)譜線可以準(zhǔn)確地測(cè)出各種同位素的原子量。板書(shū)（二）、速度選擇器１、原理示意圖　　　　　　離子從小孔S1飄出來(lái)時(shí)速度并不相　　　　　　　　　　　同，因此經(jīng)加速電場(chǎng)加速后，從縫S3進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中速度也不同，這對(duì)實(shí)驗(yàn)有一定的影響。于是人們?cè)诳pS2和縫S3之間加一速度選擇器。其中D1和D2是板書(shū)　　　　　　　　　　　兩個(gè)平行金屬板

5、，分別連電源的兩極上，其間有一定的電場(chǎng)強(qiáng)度E，同時(shí)在這空間加有垂直電場(chǎng)方向的磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。不同速率的粒子進(jìn)入混合場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)軌跡不同。２、原理：　　　　若Bqv>Eq，粒子向右偏轉(zhuǎn)；　　　　　　　　　　　　　　　若Bqv

6、選擇器對(duì)速度的　　　　2）、質(zhì)譜儀主要是用來(lái)研究同位素的粒子的質(zhì)量為m，電量為q，加速電壓為U,速度選擇器內(nèi)電場(chǎng)為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B’，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，粒子射到了照相底片上，使底片感受光，設(shè)底片感光處距S3的距離為x，試證明x=qBB’x/2E.板書(shū)(三)、回旋加速器１、不是利用高壓電源使粒子一次性得到巨大的速度，而是利用電壓較低的高頻電源，使粒子每隔一定的時(shí)間受到一次加速，經(jīng)過(guò)多次加速后達(dá)到巨大速度。２、回旋加速器的主要構(gòu)造回旋加速器的核心部分是兩個(gè)D形的金屬扁盒，這兩個(gè)D形盒就象是沿著直徑把一個(gè)圓形的金屬扁盒切成兩半，兩個(gè)D形盒之間留一個(gè)窄縫，在中心附近放有粒子

7、源。D形盒裝在真空容器中，整個(gè)裝置放在巨大電磁鐵的兩極之間，磁場(chǎng)方向垂直于D形盒的底面。兩個(gè)D形盒分別接在頻率為的高頻電源的兩極上，就在D形盒的窄縫之間造成交變電場(chǎng)，這樣粒子源發(fā)出的帶電粒子就不斷加速。帶電粒子在D形盒內(nèi)沿螺旋線逐漸趨于盒的邊緣，達(dá)到一定的速率后，用特殊裝置把它們引出。3、工作原理１）A0處放一粒子源，帶正電的粒子以某一速率v0垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)中作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)T/2，沿圓弧A0A1到達(dá)A1。２）在A1A’處造成一個(gè)向上電場(chǎng)，使其加速，速率由v0增加到v1，粒子以v1在磁場(chǎng)中