《洛伦兹力的应用》
◆ 教材分析 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……，在强调试题要联系实际的今天，更赋予了新的热点含义。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 （一）知识与技能
1、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。 （二）过程与方法
1、在思考、探讨活动中，体会、感悟用基本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
1、通过创设有意义的问题情境，激发学生探究问题的热情。
2、在解决问题的过程中，使学生进一步体验解决问题的基本分析方法。
3、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 回顾： 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：
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 方向 。
应用一： 利用磁场控制带电粒子的运动
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v0的带电粒子（m，q）沿磁场区域的直径方向从P点射入磁场，粒子在洛伦兹力的作用下，在磁场中以半径R绕O′点做匀速圆周运动，从Q点射出磁场时，速度大小仍是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，
（1）请画出带电粒子的运动轨迹并找出圆心O′。
（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？ （2）要使电子束打在B点，磁场应沿什么方向？
（3）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
回顾： 带电粒子（重力不计）在匀强磁场中匀速圆周运动轨道半径r 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。
r=
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
比荷：带电体的电荷量和
质量的比值，叫做比荷，
[问题]：能否根据带电粒子的运动轨迹分辨比荷不同的粒子？ 又称荷质比。它是带电粒子的基本参量 应用二： 质谱仪 1、结构：
（1）A：带电粒子注入器 （2）S1—S2：加速电场（U）
（3）S2—S3：速度选择器（E、B1) （4）偏转磁场（B2) （5）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）偏转磁场B2：一束带电粒子（、、）以相同的速度由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=
回顾： 带电粒子（重力不计）在匀强磁场中匀速圆周运动周期T
(T与速率v和半径r无关)
应用三： 回旋加速器 1、结构：
核心部件——
① 两个D形盒及两个大磁极 ② D形盒间的窄缝 ③ 高频交流电 2、原理：
（1）磁场的作用： 偏转回旋 （2）电场的作用：加速
（3）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。
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U，
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U，
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
【教学设计】《洛伦兹力的应用》(教科版)
