【導(dǎo)讀】1．了解磁現(xiàn)象，知道磁性、磁極的概念。2．知道電流的磁效應(yīng)、磁極間的相互作用。3．知道磁極和磁極之間、磁極和電流之間、電流和電流之間都是通過磁場(chǎng)發(fā)生相互作用的.利用類比法、實(shí)驗(yàn)法、比較法使學(xué)生通過對(duì)磁場(chǎng)的客觀認(rèn)識(shí)去理解磁場(chǎng)的客觀實(shí)在性。現(xiàn)象、磁場(chǎng)的描述、磁場(chǎng)對(duì)電流的作用以及對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用，知識(shí)主線十分清晰。［學(xué)生答］同名磁極相互排斥，異名磁極相互。［過渡語］磁場(chǎng)我們?cè)诔踔芯陀兴私?，從今天我們要更加深入地學(xué)習(xí)它。具有磁性的物體叫磁體，磁體。電流在小磁針的正下方時(shí)，讓電流分別由南向北和由北向南流。也為地磁場(chǎng)和通電直導(dǎo)線的磁場(chǎng)的教學(xué)埋下伏筆，也可以留下問題讓學(xué)生思考。時(shí)，小磁針的N極所指的方向不同，來認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)具有方向性，明確磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向的規(guī)定。導(dǎo)線長(zhǎng)度L的乘積IL的比值叫磁感應(yīng)強(qiáng)度。

　　

【正文】 件 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中垂直 于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)的 帶電粒子 。二是分析帶電粒子的受力情況，用左手定則明確帶電粒子初速度與所受到的洛倫茲力在同一平面內(nèi)，所以 只可能做平面運(yùn)動(dòng) 。三是 洛倫茲力不對(duì)運(yùn)動(dòng)的帶電粒子做功 ，它的速率不變，同時(shí)洛倫茲力的大小也不變。四是根據(jù)牛頓第二定律， 洛倫茲力使運(yùn)動(dòng)的帶電粒子產(chǎn)生加速度 (向心加速度 ) ［出示投影］ ① .電子受到怎樣的力的作用？這個(gè)力和電子的速度的關(guān)系是怎樣的？（電子受到垂直于速度方向的洛倫茲力的作用 .） ② .洛倫茲力對(duì)電子的運(yùn)動(dòng)有什么作用？（ .洛倫茲力只改變速度的方向，不改變速度的大?。? ③ .有沒有其他力作用使電子離開磁場(chǎng)方向垂直的平面？（沒有力作用使電子離開磁場(chǎng)方向垂直的平面） ④ .洛倫茲力做功嗎？（洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功） 1． 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) （ 1）、運(yùn)動(dòng)軌跡 ： 沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)的帶電粒子，粒子在垂直磁場(chǎng)方向的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，此洛倫茲力不做功 . 【注意】 帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由洛倫茲力提供。 通過 “ 思考與討論 ” （ 105頁 ） ，使 學(xué)生理解帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，的軌道半徑 r 和周期 T 與粒子所帶電量、質(zhì)量、粒子的速度、磁感應(yīng)強(qiáng)度有什么關(guān)系。 ［出示投影］ 一為帶電量 q，質(zhì)量為 m ,速度為 v 的帶電粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其半徑 r 和周期 T 為多大？ ［問題 1］什么力給帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)提供向心力？［洛倫茲力給帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)提供向心力］ ［問題 2］向心力的計(jì)算公式是什么？［ F=mv2/r］ ［教師推導(dǎo)］ 粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力 F=mrv2 是由粒子所受的洛倫茲力提供的， 所以 qvB=mv2/ r 由此得出 r=qBmv T=qBmvr ?? 22 ?可得 T=qBm?2 （ 2）、軌道半徑和周期 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑及周期公式 . 軌道半徑 r =qBmv 周期 T =2π m/ qB 【說明】： （ 1）軌道半徑和粒子的運(yùn)動(dòng)速率成正比 . （ 2）帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期跟軌道半徑和運(yùn)動(dòng)速率無關(guān) . 【討論】：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中如果帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向不 和磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，它的運(yùn)動(dòng)軌道是什么樣的曲線？ 分析：當(dāng)帶電粒子的速度分別為垂直于 B 的分量 v1和平行于 B 的分量 v2，因?yàn)?v1和 B垂直，受到洛倫茲力 qv1B，此力使粒子 q 在垂直于 B 的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)， v1和 B 平行，不受洛倫茲力，故粒子在沿 B 方向上做勻速曲線運(yùn)動(dòng)，可見粒子的運(yùn)動(dòng)是一等距螺旋運(yùn)動(dòng) . 再用 洛倫茲力演示儀演示 ［出示投影課本例題］ 如圖所示，一質(zhì)量為 m，電荷量為 q 的粒子從容器 A 下方小孔 S1飄入電勢(shì)差為 U 的加速電場(chǎng)，然后讓粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的磁場(chǎng)中，最后打到底片 D 上 . (1)粒子進(jìn) 入磁場(chǎng)時(shí)的速率。 (2)求粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑。 解：（ 1）粒子在 S1區(qū)做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng) .由動(dòng)能定理知，粒子在電場(chǎng)中得到的動(dòng)能等于電場(chǎng)對(duì)它所做的功，即 qumv ?221 由此可得 v= mqu/2 . （ 2）粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力是由粒子所受的洛倫茲力提供，即 qvB=m rv2 所以粒子的軌道半徑為 r=mv/qB= 2/2 qBmu ［教師講解 ］ r 和進(jìn)入磁場(chǎng)的速度無關(guān)，進(jìn)入同一磁場(chǎng)時(shí)， r∝qm，而且這些個(gè)量中， u、B、 r 可以直接測(cè)量，那么，我們可以用裝置來測(cè)量比荷或算出質(zhì)量。 例題 在 處理上，可以讓學(xué)生自己處理，教師引導(dǎo)總結(jié)。為了加深對(duì)帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理解，可以補(bǔ)充例題和適量的練習(xí)。 注意：在解決這類問題時(shí)，如何確定圓心、畫出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡、半徑及圓心角，找出幾何關(guān)系是解題的關(guān)鍵。 例題給我們展示的是一種十分精密的儀器 質(zhì)譜儀 補(bǔ)充例題 : 如圖所示，半徑為 r 的圓形空間內(nèi)，存在著垂直 于紙 面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一個(gè)帶電粒子（不計(jì)重力），從 A點(diǎn)以速度 v0垂直磁場(chǎng)方向射入磁場(chǎng)中，并從 B 點(diǎn)射出，已知∠ AOB=120176。，求該帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。 分析：首先通過已知條件找到 所對(duì)應(yīng)的圓心 O′， 畫出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡并畫出幾何圖形。 解：設(shè) 粒子在磁場(chǎng)中的軌道半徑為 R，粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡及幾何圖形如圖所示。 粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由洛倫茲力提供， 有 qvB=mv2/R ① 由 幾何關(guān)系有： R = r tan60186。 ② 粒子的運(yùn)動(dòng)周期 T =2π R/v0 ③ 由圖可知 θ =60176。，得電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 t = T/6 ④ 聯(lián)立以上各式解得： t= 3 rπ /3v0 （ 3）、質(zhì)譜儀 閱讀課文及例題，回答以下問題： . . ？ ？ . 閱讀后學(xué)生回答： 、速度選擇器、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)、顯示屏等組成 . ，它們進(jìn)入磁場(chǎng)后將沿著不 同的半徑做圓周運(yùn)動(dòng)，打到照相底片不同的地方，在底片上形成若干譜線狀的細(xì)條，叫質(zhì)譜線，每一條對(duì)應(yīng)于一定的質(zhì)量，從譜線的位置可以知道圓周的半徑 r，如果再已知帶電粒子的電荷量 q，就可算出它的質(zhì)量 . . . ，是測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具 . （ 1 課時(shí)） 【過渡語】 先從研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu) 的需要出發(fā)提出怎樣大量產(chǎn)生高能帶電粒子的問題，從而引出早期使用的加速器 —— 靜電加速器 2．回旋 加速器 （ 1）直線加速器 ① 加速原理：利用加速電場(chǎng)對(duì)帶電粒子做正功使帶電的粒子動(dòng)能增加，即 qU =Δ Ek ② 直線加速器的多級(jí)加速： 教材圖 3． 6— 5 所示的是多級(jí)加速裝置的原理圖，由動(dòng)能定理可知，帶電粒子經(jīng) N級(jí)的電場(chǎng)加速后增加的動(dòng)能， Δ Ek=q（ U1+U2+U3+U4+…U n） ③ 直線加速器占有的空間范圍大，在有限的空間內(nèi)制造直線加速器受到一定的限制。 （ 2）回旋加速器 ①由美國物理學(xué)家勞倫斯于 1932年發(fā)明。 ②其結(jié)構(gòu) 教材圖 3． 6— 6 所示。核心部件為兩個(gè) D 形盒（加勻強(qiáng)磁場(chǎng)）和其間的夾縫（加交變電場(chǎng)） ③加速原 理： 通 過“思考與討論”讓學(xué)生自己分析出帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期公式 T = 2π m/q B，明確帶電 粒子的周期在 q、 m、 B 不變的情況下與速度和軌道半徑無關(guān)， 從而理解回旋加速器的原理。 在學(xué)生思考之后，可作如下的解釋：如果其他因素 (q、 m、 B)不變，則當(dāng)速率 v加大時(shí)，由 r=mv/qB得知圓 運(yùn)動(dòng)半徑將與 v成正比例地增大，因而圓運(yùn)動(dòng)周長(zhǎng)qBmvr ?? 22 ?也將與 v成正比例地增大，因此 運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間 (周期 )仍將保持原值。 最后提到了回旋加速器的效能 (可將帶電粒子加速，使其動(dòng)能達(dá)到 25 MeV～ 30 MeV)，為狹 義相對(duì)論埋下了伏筆。 老師再進(jìn)一步歸納各部件的作用：（如圖） 磁場(chǎng)的作用： 交變電場(chǎng) 以某一速度垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后，在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其周期在 q、 m、 B不變的情況下與速度和軌道半徑無關(guān) ，帶電粒子每次進(jìn)入 D形盒都運(yùn)動(dòng)相等的時(shí)間（半個(gè)周期）后平行電場(chǎng)方向進(jìn)入電場(chǎng)加速。 電場(chǎng)的作用： 回旋加速器的 的兩個(gè) D形盒之間的夾縫區(qū)域存在周期性變化的并垂直于兩個(gè) D形盒正對(duì)截面的勻強(qiáng)電場(chǎng)，帶電粒子經(jīng)過該區(qū)域時(shí)被加速。 交變電壓的作用： 為保證交變電場(chǎng)每次經(jīng)過夾縫時(shí)都被加速，使之能量 不斷提高，須在在夾縫兩側(cè)加上跟帶電粒子在 D形盒中運(yùn)動(dòng)周期相同的交變電壓。 帶電粒子經(jīng)加速后的最終能量：（運(yùn)動(dòng)半徑最大為 D形盒的半徑 R） 由 R=mv/qB 有 v=qBR/m 所以最終能量為 Em=mv2/2 = q2B2R2/2m 討論 ：要提高 帶電粒子的 最終能量，應(yīng)采取什么措施？（可由上式分析） 例： 1989 年初，我國投入運(yùn)行的高能粒子 回旋加速器 可以把電子的能量加速到 。若改用直線加速器加速，設(shè)每級(jí)的加速電壓為 U = 105V，則需要幾級(jí)加速？ 解： 設(shè)經(jīng) n級(jí)加速 ,由 neU=E 有 n=E/eU=104（級(jí)） （三）對(duì)本節(jié)要點(diǎn)做簡(jiǎn)要小結(jié) . （四）鞏固新課： 復(fù)習(xí)本節(jié)內(nèi)容 做一做（ P98） 完成“問題與練習(xí)” 4 練習(xí)， 3 作業(yè)。