教學(xué)設(shè)計(jì)《洛倫茲力的應(yīng)用》(教科版)

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1、《洛倫茲力的應(yīng)用》 教材分析c 洛侖茲力的應(yīng)用是高考的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，加之洛侖茲力的應(yīng)用涉及當(dāng)今許多高科技的實(shí)驗(yàn)裝置；速度選擇器、質(zhì)譜儀、粒子回旋加速器、磁流體發(fā)電天，更賦予了，在強(qiáng)調(diào)試題要聯(lián)系實(shí)際的今新的熱點(diǎn)含義。洛侖茲力與電場力應(yīng)用的綜合性問題更能考察學(xué)生的分 析和綜合應(yīng)用能力，因此受到命題專家的青睞。 教學(xué)目標(biāo) （-）知識(shí)與技能 知道利用磁場控制帶電粒子的偏轉(zhuǎn) 2、理解質(zhì)譜儀、回旋加速器的工作原理。 （-）過程與方法 1、在思考、探討活動(dòng)中，體會(huì)、感悟用基木物理知識(shí)解決科學(xué)研究中問題的方法。 2、通過在質(zhì)譜儀、回旋加速器等背景下研究帶電粒子在場中的運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)化電場加速、磁場

2、偏轉(zhuǎn) 的意義及相關(guān)儀器的設(shè)計(jì)思路。 （三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀 S通過創(chuàng)設(shè)有意義的問題情境，激發(fā)學(xué)生探究問題的熱情。 、在解決問題的過程中，使學(xué)生進(jìn)一步體驗(yàn)解決問題的基木分析方法。 、通過介紹物理學(xué)家、物理學(xué)史等背景知識(shí)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性學(xué)習(xí)的熱情；了解現(xiàn)代科技研究 的發(fā)展近況，使學(xué)生領(lǐng)悟研究帶電粒子在場中運(yùn)動(dòng)的實(shí)際意義。 【教學(xué)重點(diǎn)】 回旋加速器的原理。 帶電粒子在電場和磁場的受力、運(yùn)動(dòng)分析與現(xiàn)代科技應(yīng)用的聯(lián)系。 【教學(xué)難點(diǎn)】 會(huì)利用洛倫茲力垂直于速度方向和幾何關(guān)系找出粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心。將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為物理模型的研 究方法。 “課前準(zhǔn)備 演示實(shí)驗(yàn)器材，PPT導(dǎo)學(xué)案

3、 教學(xué)過程 帶電粒子（重力不計(jì)）在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng) ［問題］:判斷下圖中帶電粒子（電量q,重力不計(jì)）所受洛倫茲力的大小和方向，并判斷帶電粒子將做 什么運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)形式: 運(yùn)動(dòng)形式: 方向0 洛倫茲力：方向總與速度方向垂直，不改變帶電粒子的速度大小，只改變速度的 真空條件下，勻強(qiáng)磁場限定在一個(gè)圓形區(qū)域內(nèi)，該圓形的半徑為r,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B,方向如圖所示。一個(gè)初速大小為射入V0的帶電粒子(m,q)沿磁場區(qū)域的直徑方向從在磁場，粒子在洛倫茲力的作用下，磁場中以半徑R繞(T點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，從Q點(diǎn)射

4、出磁場時(shí)，速度大小仍定V0,但速度方向已發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，設(shè)粒子射出磁場時(shí)的速度方向 與射入磁場時(shí)相比偏轉(zhuǎn)了角度， 請畫出帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡并找出圓心 (2)思考：通過改變哪些條件控制帶電粒子的偏轉(zhuǎn)角度？ (3)應(yīng)用：顯像管 【討論與交流1］ (1)要使電子束打在A點(diǎn)，磁場應(yīng)沿什么方向？ 要使電子束打在B點(diǎn)，磁場應(yīng)沿什么方向？ 要使電子束在屏幕上位置由B點(diǎn)移到A點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場怎樣變化? 總結(jié)：利用磁場控制帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向特點(diǎn)是 帶電粒子(重力不計(jì))在勻強(qiáng)磁場中勻速圓周運(yùn)動(dòng)軌道半徑 1、帶電粒子(重力不計(jì))在勻強(qiáng)磁場中勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，力提供向心力。 2、可見

5、r與速度V、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、粒子的比荷有關(guān)，同一磁場中不同帶電粒子的跡 徑不同 ［問題］:能否根據(jù)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡分辨比荷不同的粒子? 比荷：帶電體的電荷量和質(zhì)量的比值，叫做比荷，又稱荷質(zhì)比。它是帶電粒子的基木參量 應(yīng)用二：八譜儀 1結(jié)構(gòu)： A:帶電粒子注入器 51—Sz:加速電場（U） 52—S3:速度選擇器（E、Bi）偏轉(zhuǎn)磁場（B0 照相底片 2、原理： （1）S1-S2為加速電場：設(shè)帶電粒子的初速為零，經(jīng)過加速電場加速后的速度推導(dǎo): （2） 相同的速度由 偏轉(zhuǎn)磁場B2：一束帶電粒子（、、）以 S3垂直射入勻強(qiáng)磁場中做勻速 圓周運(yùn)動(dòng)。帶電粒子打到照相底片上

6、某一位置，設(shè)此位 置到狹縫S3的距離為L,求他們運(yùn)動(dòng)的軌道半徑之比。 3、作用：通過測出粒子圓周運(yùn)動(dòng)的半徑, 計(jì)算粒子的比 荷或質(zhì)量及分析同位素的儀器 m= 帶電粒子（重力不計(jì)） （T與速率的陛r無關(guān)） 旋加速器 1、結(jié)構(gòu)： 核心部件 ①兩個(gè)D形盒及兩個(gè)大磁極 ②D形盒間的窄縫 ③高頻交流電 9百 磁場的作用：偏轉(zhuǎn)回旋電場的作用:加速 交變電壓的作用：保證帶電粒子每次經(jīng)過窄縫時(shí)都被加速 3、回旋加速器特點(diǎn)總結(jié)： 問題1：粒子被加速后，運(yùn)動(dòng)速率和運(yùn)動(dòng)半徑都會(huì)增加，它的運(yùn)動(dòng)周期會(huì)增加嗎？問題2:在回旋加速器中，如果兩個(gè)D型盒不是分別接在高頻交流電源的兩極上，

7、而是接在直流的兩極上，那么帶電粒子能否被加速？請?jiān)趫D中畫出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。 問題3：要使粒子每次經(jīng)過電場都被加速，應(yīng)在電極上加一個(gè)電 壓O 根據(jù)右圖，說一說為使帶電粒子不斷得到加速，提供的電壓應(yīng)符合怎樣的要求？* 兩板間的電場是周期變化的其中，T= 問題4：在回旋加速器加速的帶電粒子的最終能量由哪些因素決定？ 問題5：已知D形盒的直徑為D,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,交變電壓的電壓為求：從出口射出時(shí)，粒子 的速度v=? 問題6：已知D形盒的直徑為D,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,交變電壓的電壓為求：(1)從出口射出時(shí)，粒子的 動(dòng)能Ek=? (2)要增大粒子的最大動(dòng)能可采取哪些措施

8、？ 4、回旋加速器特點(diǎn)總結(jié)： (1) 在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)，周期不變 (2) 每一個(gè)周期加速兩次 (3) 電場的周期與粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)周期相同 (4電場一個(gè)周期中方向變化兩次 %5粒子加速的最大速度由盒的半徑?jīng)Q定 ^6電場加速過程中，時(shí)間極短，可忽略 ) 【課后思考】質(zhì)譜儀S2-S3之間的作用是什么？ 重力不計(jì)，帶電量為+q,質(zhì)量為m的帶電粒子經(jīng)過加速電場加速后，中，從S2到S3的過程 試分析： (1) 帶電粒子從S2進(jìn)入時(shí)，受洛倫茲力方向如何？ (2) 欲使粒子能從S3穿出，Pi、P2之間的電場E方向如何？為什么？ (3) 帶電粒子從S2進(jìn)入，并能從S3穿出，

9、它在S2到S3之間的運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)嗎？ (4) 如可使帶電粒子在S2到S3之間做勻速直線運(yùn)動(dòng)，勻速直線運(yùn)動(dòng)的條件是什么？寫出它的受力平衡 關(guān)系 (5) 能穿出S3的帶電粒子速度V滿足什么關(guān)系？ 通過以上分析，你知道怎樣控制進(jìn)入 B2區(qū)粒子的速度嗎? 直線加速器閱讀材料 要使一個(gè)帶正電微粒獲得更大的速度（能量），可采用多個(gè)電場，使帶電粒子實(shí)現(xiàn)多級(jí) 加速。 但直接采用上圖進(jìn)行多級(jí)加速，并不可行，會(huì)經(jīng)過一段加速、和減速的過程。 改進(jìn)辦法：采用靜電屏蔽 可以用金屬圓筒代替原來的極板.這樣，既可以在金屬圓筒的間隙處形成加速電場, 使得圓筒內(nèi)部的場強(qiáng)為零，從而消除了減速

10、電場的不利影響. 進(jìn)一步改進(jìn)：為了簡化裝置，我們可用一個(gè)公用電源來提供各級(jí)的加速電壓. 但是，如果我們要加速一帶正電的粒子，若電源的極性保持恒定（始終為A正B負(fù)）， 這個(gè)粒子并不能一路順風(fēng)”不斷加速。為了實(shí)現(xiàn)帶電粒子的多級(jí)加速，應(yīng)該采用交變電源，使粒子進(jìn)入每一級(jí)都能繼續(xù)加速。并且電源極性的變化還必須與粒子的運(yùn)動(dòng)配合默契，步調(diào) 一致，即要滿足同步條件。 多級(jí)直線加速器應(yīng)具備的條件： ①利用電場加速帶電粒子；②通過多級(jí)加速獲得昌能粒子； ③將加速電場以外的區(qū)域靜電屏蔽；④采用交變電源提供加速電壓 ⑨電場交替變化與帶電粒子運(yùn)動(dòng)應(yīng)滿足回旋加速同步條件*器就是在這樣的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)完成的。 教學(xué)反思 略。