教学设计《洛伦兹力的应用》(教科版)

洛伦兹力的应用教材分析c洛仑兹力的应用是高考的重点和热点，加之洛仑兹力的应用涉及当今许多高科技的实验装置；速度选择器、质谱仪、粒子回旋加速器、磁流体发电天，更赋予了，在强调试题要联系实际的今新的热点含义。洛仑兹力与电场力应用的综合性问题更能考察学生的分析和综合应用能力，因此受到命题专家的青睐。教学目标（-）知识与技能知道利用磁场控制带电粒子的偏转2、理解质谱仪、回旋加速器的工作原理。（-）过程与方法1、在思考、探讨活动中，体会、感悟用基木物理知识解决科学研究中问题的方法。2、通过在质谱仪、回旋加速器等背景下研究带电粒子在场中的运动，强化电场加速、磁场偏转的意义及相关仪器的设计思路。（三）情感、态度与价值观S通过创设有意义的问题情境，激发学生探究问题的热情。、在解决问题的过程中，使学生进一步体验解决问题的基木分析方法。、通过介绍物理学家、物理学史等背景知识，激发学生创造性学习的热情；了解现代科技研究的发展近况，使学生领悟研究带电粒子在场中运动的实际意义。【教学重点】回旋加速器的原理。带电粒子在电场和磁场的受力、运动分析与现代科技应用的联系。【教学难点】会利用洛伦兹力垂直于速度方向和几何关系找出粒子做圆周运动的圆心。将实际问题转化为物理模型的研究方法。“课前准备演示实验器材，PPT导学案教学过程带电粒子（重力不计）在匀强磁场中的运动问题: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，并判断带电粒子将做什么运动运动形式:运动形式:方向0洛伦兹力：方向总与速度方向垂直，不改变带电粒子的速度大小，只改变速度的真空条件下，匀强磁场限定在一个圆形区域内，该圆形的半径为r,磁感应强度大小为B,方向如图所示。一个初速大小为射入V0的带电粒子(m,q)沿磁场区域的直径方向从在磁场，粒子在洛伦兹力的作用下，磁场中以半径R绕(T点做匀速圆周运动，从Q点射出磁场时，速度大小仍定V0,但速度方向已发生了偏转，设粒子射出磁场时的速度方向与射入磁场时相比偏转了角度，请画出带电粒子的运动轨迹并找出圆心(2)思考：通过改变哪些条件控制带电粒子的偏转角度？(3)应用：显像管【讨论与交流1(1)要使电子束打在A点，磁场应沿什么方向？要使电子束打在B点，磁场应沿什么方向？要使电子束在屏幕上位置由B点移到A点，偏转磁场怎样变化?总结：利用磁场控制带电粒子的运动方向特点是带电粒子(重力不计)在匀强磁场中匀速圆周运动轨道半径1、带电粒子(重力不计)在匀强磁场中匀速圆周运动时，力提供向心力。2、可见r与速度V、磁感应强度B、粒子的比荷有关，同一磁场中不同带电粒子的迹径不同问题:能否根据带电粒子的运动轨迹分辨比荷不同的粒子?比荷：带电体的电荷量和质量的比值，叫做比荷，又称荷质比。它是带电粒子的基木参量应用二：八谱仪1结构：A:带电粒子注入器51Sz:加速电场（U）52S3:速度选择器（E、Bi）偏转磁场（B0照相底片2、原理：（1）S1-S2为加速电场：设带电粒子的初速为零，经过加速电场加速后的速度推导:（2）相同的速度由偏转磁场B2：一束带电粒子（、）以S3垂直射入匀强磁场中做匀速圆周运动。带电粒子打到照相底片上某一位置，设此位置到狭缝S3的距离为L,求他们运动的轨道半径之比。3、作用：通过测出粒子圆周运动的半径,计算粒子的比荷或质量及分析同位素的仪器m=带电粒子（重力不计）（T与速率的陛r无关）旋加速器1、结构：核心部件两个D形盒及两个大磁极D形盒间的窄缝高频交流电9百磁场的作用：偏转回旋电场的作用:加速交变电压的作用：保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速3、回旋加速器特点总结：问题1：粒子被加速后，运动速率和运动半径都会增加，它的运动周期会增加吗？问题2:在回旋加速器中，如果两个D型盒不是分别接在高频交流电源的两极上，而是接在直流的两极上，那么带电粒子能否被加速？请在图中画出粒子的运动轨迹。问题3：要使粒子每次经过电场都被加速，应在电极上加一个电压O根据右图，说一说为使带电粒子不断得到加速，提供的电压应符合怎样的要求？*两板间的电场是周期变化的其中，T=问题4：在回旋加速器加速的带电粒子的最终能量由哪些因素决定？问题5：已知D形盒的直径为D,匀强磁场的磁感应强度为B,交变电压的电压为求：从出口射出时，粒子的速度v=?问题6：已知D形盒的直径为D,匀强磁场的磁感应强度为B,交变电压的电压为求：(1)从出口射出时，粒子的动能Ek=?(2)要增大粒子的最大动能可采取哪些措施？4、回旋加速器特点总结：(1) 在磁场中做圆周运动，周期不变(2) 每一个周期加速两次(3) 电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相同(4电场一个周期中方向变化两次%5粒子加速的最大速度由盒的半径决定6电场加速过程中，时间极短，可忽略)【课后思考】质谱仪S2-S3之间的作用是什么？重力不计，带电量为+q,质量为m的带电粒子经过加速电场加速后，中，从S2到S3的过程试分析：(1) 带电粒子从S2进入时，受洛伦兹力方向如何？(2) 欲使粒子能从S3穿出，Pi、P2之间的电场E方向如何？为什么？(3) 带电粒子从S2进入，并能从S3穿出，它在S2到S3之间的运动是直线运动吗？(4) 如可使带电粒子在S2到S3之间做匀速直线运动，匀速直线运动的条件是什么？写出它的受力平衡关系(5) 能穿出S3的带电粒子速度V满足什么关系？通过以上分析，你知道怎样控制进入B2区粒子的速度吗?直线加速器阅读材料要使一个带正电微粒获得更大的速度（能量），可采用多个电场，使带电粒子实现多级加速。但直接采用上图进行多级加速，并不可行，会经过一段加速、和减速的过程。改进办法：采用静电屏蔽可以用金属圆筒代替原来的极板.这样，既可以在金属圆筒的间隙处形成加速电场,使得圆筒内部的场强为零，从而消除了减速电场的不利影响.进一步改进：为了简化装置，我们可用一个公用电源来提供各级的加速电压.但是，如果我们要加速一带正电的粒子，若电源的极性保持恒定（始终为A正B负），这个粒子并不能一路顺风”不断加速。为了实现带电粒子的多级加速，应该采用交变电源，使粒子进入每一级都能继续加速。并且电源极性的变化还必须与粒子的运动配合默契，步调一致，即要满足同步条件。多级直线加速器应具备的条件：利用电场加速带电粒子；通过多级加速获得昌能粒子；将加速电场以外的区域静电屏蔽；采用交变电源提供加速电压电场交替变化与带电粒子运动应满足回旋加速同步条件*器就是在这样的基础上设计完成的。教学反思略。