《2020-2021学年高中物理人教版选修3-1学案：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020-2021学年高中物理人教版选修3-1学案：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、- 1 - 6 6带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动 学习目标 1.根据洛伦兹力的特点,理解带电粒子垂直进入磁场做匀速圆周运动. 2.以洛伦兹力为向心力推导出带电粒子在磁场中做圆周运动的半径. 3.掌握质谱仪和回旋加速器的工作原理. 自主探究 1.带电粒子沿着电场线方向飞入匀强电场,将做什么运动? 2.带电粒子垂直于电场线方向飞入匀强电场,将做什么运动? 3.物体做匀速圆周运动的条件是什么? 4.匀速圆周运动中向心力需要单独受力分析吗?若不是,那要怎样分析? 5.匀速圆周运动的向心力公式是什么? 6.带电粒子在磁场中的运动 (1)洛伦兹力不改变带电粒子速度的,或者说洛伦兹力对
2、带电粒子不,不 改变粒子的. (2)沿着与磁场方向垂直的方向射入磁场的带电粒子,在匀强磁场中做. 合作探究 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 【问题组一】 1.带电粒子沿着磁感线方向飞入匀强磁场,将做什么运动? - 2 - 2.带电粒子垂直于磁感线方向飞入匀强磁场,又做什么运动呢? (1)洛伦兹力方向与速度方向什么关系?洛伦兹力做功吗? (2)洛伦兹力对带电粒子的运动起到什么作用? (3)洛伦兹力的大小改变吗?方向呢? 【跟踪练习】 1.电子受到怎样的力的作用?这个力和电子的速度的关系是怎样的? 2.洛伦兹力对电子的运动有什么作用? 3.洛伦兹力做功吗? - 3 - 二、相关公式的推导 【问题组
3、二】 一带电量为q,质量为m,速度为v的带电粒子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中,其 半径r和周期T为多大? 问题 1:什么力给带电粒子做圆周运动提供向心力? 问题 2:向心力的计算公式是什么? 问题 3: (1)轨道半径和什么因素有关? (2)带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期与什么有关? 【讨论】在匀强磁场中如果带电粒子的运动方向不和磁感应强度方向垂直,它的运动轨道 是什么样的曲线? 【例题】如图所示,一质量为m,电荷量为q的粒子从容器A下方小孔S1飘入电势差为U 的加速电场,然后让粒子垂直进入磁感应强度为B的磁场中,最后打到底片D上. - 4 - (1)粒子进入磁场时的速率; (2)
4、求粒子在磁场中运动的轨道半径. 三、质谱仪、回旋加速器 【问题组三】 阅读教材及例题,回答以下问题: 1.试述质谱仪的结构. 2.试述质谱仪的工作原理. 3.分析影响粒子落点位置d的因素有哪些. 4.若磁场确定,测出d,那么我们实际上是测出了什么? - 5 - 5.若磁场一定,我们控制进入的粒子具有相同的电荷量,测出d,我们可以测量有关粒子的 什么信息? 6.现代科学利用质谱仪分析什么? 【问题组四】 回旋加速器 1.如何保证粒子每次经过金属盒缝隙时都是被加速? 2.从图中我们看到,越转圆的半径越大,这是为什么? 3.粒子的运动越来越快,也许粒子走过半圆的时间间隔越来越短,这样两盒间电势差的正
5、负变 换就要越来越快,从而造成技术上的一个难题,实际情况是这样吗? 4.粒子在半径为R的回旋加速器中获得的最大动能为多少?与什么因素有关? 【例题】 1989 年初,我国投入运行的高能粒子回旋加速器可以把电子的能量加速到 2.8 GeV;若 改用直线加速器加速,设每级的加速电压为U=2.0105 V,则需要几级加速? 课堂检测 1.有一圆形边界的匀强磁场区域,一束质子流以不同的速率,由圆周上的同一点,沿半径 方向射入磁场,质子在磁场中() - 6 - A.路程长的运动时间长 B.速率小的运动时间短 C.偏转角度大的运动时间长 D.运动的时间有可能无限长 3.三种粒子HHHe,它们以下列情况垂直进入同一匀强磁场,求它 们的轨道半径之比.(1)具有相同速度;(2)具有相同动能. 3.如图所示,一束电子流以速率v通过一个处于矩形空间的匀强磁场,速度方向与磁感线 垂直.且平行于矩形空间的其中一边,矩形空间边长为a和a,电子刚好从矩形的相对的两个 顶点间通过,求电子在磁场中的飞行时间. 4.已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感应强度B=1.5 T,D形盒的半径为R=60 cm, 两 盒间电压U=2104 V,若粒子从间隙中心某处向D形盒内以近似等于零的初速度垂直于半径 的方向射入,求粒子在加速器内运行的时间的最大可能值.
