《【名师同步导学】2013-2014学年高中物理 第3章 第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动课件 新人教版选修3-1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【名师同步导学】2013-2014学年高中物理 第3章 第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动课件 新人教版选修3-1（67页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、同步导 学方案课后强 化演练第 6节 带电粒子在匀强磁场中的运动1用洛伦兹伦兹 力演示仪观仪观 察电电子的轨轨迹(1)不加磁场时场时 ，观观察到电电子束的径迹是直线线(2)加上匀强磁场时场时 ，让电让电 子束垂直射入磁场场，观观察到的电电子径迹是圆圆周(3)保持电电子的出射速度不变变，改变变磁场场的磁感应应强度，发现发现 磁感应应强度变变大，圆圆形径迹的半径变变小教 材 要 点 解 读对应对应 学生用书书P96(4)保持磁场场的磁感应应强度不变变，改变电变电 子的出射速度，发现电发现电 子的出射速度越大，圆圆形径迹的半径越大结论结论 ：(1)当带电带电 粒子以速度v平行于磁场场方向进进入匀强磁
2、场场后，粒子所受洛伦兹伦兹 力为为零，所以粒子将以速度v做匀速直线线运动动(2)当带电带电 粒子以一定的速度垂直进进入磁场时场时 做圆圆周运动动，且圆圆周运动动的半径与磁场场的强弱及粒子的入射速度有关2带电带电 粒子在匀强磁场场中的圆圆周运动动如图图所示，带电带电 粒子以速度v垂直磁场场方向入射，在磁场场中做匀速圆圆周运动动，设带电设带电 粒子的质质量为为m，所带带的电电荷量为为q.3带电带电 粒子在磁场场中做圆圆周运动时圆动时圆 心、半径和运动动时间时间 的确定方法(1)圆圆心的确定圆圆心一定在与速度方向垂直的直线线上，常用三种方法确定：已知粒子的入射方向和出射方向时时，可通过过入射点和出射
3、点分别别作垂直于入射方向和出射方向的直线线，两条直线线的交点就是圆圆弧轨轨道的圆圆心，如图图甲所示，P为为入射点，M为为出射点已知粒子的入射点和出射点的位置时时，可以通过过入射点作入射方向的垂线线，再连连接入射点和出射点作其中垂线线，这这两条垂线线的交点就是圆圆弧轨轨道的圆圆心，如图图乙所示，P为为入射点，M为为出射点，这这种方法在不明确出射方向的时时候使用若仅仅知道粒子进进入磁场场前与离开磁场场后的速度方向，可找两速度方向延长线夹长线夹 角的角平分线线以确定圆圆心位置范围围，再结结合其他条件以确定圆圆心的具体位置(2)半径的确定和计计算如图图所示，利用平面几何关系，求出该圆该圆 的可能半径(
4、或圆圆心角)，并注意利用以下两个重要几何关系：粒子速度的偏向角等于圆圆心角，并等于弦AB与切线线的夹夹角(弦切角)的2倍，即2t.相对对的弦切角相等，与相邻邻的弦切角互补补，即180.4带电带电 粒子在有界磁场场中运动动的几个问题问题(1)常见见有界磁场边场边 界的类类型如下图图所示(2)带电带电 粒子运动动与磁场边场边 界的关系刚刚好穿出磁场边场边 界的条件是带电带电 粒子在磁场场中运动动的轨轨迹与边边界相切当速度v一定时时，弧长长(或弦长长)越长长，圆圆周角越大，则则带电带电 粒子在有界磁场场中运动动的时间时间 越长长(3)带电带电 粒子在有界磁场场中运动动的对对称性从某一直线边线边 界射
5、入的粒子，从同一边边界射出时时，速度与边边界的夹夹角相等在圆圆形磁场场区域内，沿径向射入的粒子，必沿径向射出(1)只有当带电带电 粒子以垂直于磁场场的方向射入匀强磁场场中时时，带电带电 粒子才能做匀速圆圆周运动动，两个条件缺一不可(2)垂直进进入匀强磁场场的带电带电 粒子，它的初速度和所受洛伦兹伦兹 力的方向都在跟磁场场垂直的平面内，没有任何作用使粒子离开这这个平面，所以粒子只能在这这个平面内运动动1结结构：质谱仪质谱仪 由静电电加速电电极、速度选择选择 器、偏转转磁场场、显显示屏等组组成(如图图)3质谱仪质谱仪 的应应用质谱仪质谱仪 最初是由汤汤姆生的学生阿斯顿设计顿设计 的，他用质质谱仪谱
6、仪 首先发现发现 了氖氖20和氖氖22的质谱线质谱线 ，证实证实 了同位素的存在后来经过经过 多次改进进，质谱仪质谱仪 已经经成了一种十分精密的测测量带电带电 粒子的质质量和分析同位素的重要工具1直线线加速器(多级级加速器)如图图所示，电电荷量为为q的粒子经过经过 n级级加速后，根据动动能定理获获得的动动能可以达到Ekq(U1U2U3Un)这这种多级级加速器通常叫做直线线加速器，目前已经经建成的直线线加速器有几千米甚至几十千米长长各加速区的两板之间间用独立电电源供电电，所以粒子从P2飞飞向P3、从P4飞飞向P5时时不会减速说说明：直线线加速器占有的空间间范围围大，在有限的空间间范围围内制造直线
7、线加速器受到一定的限制2回旋加速器(1)构造：如下图图所示，回旋加速器主要由以下几部分组组成：粒子源；两个D形盒；匀强磁场场；高频电频电源；粒子引出装置；真空容器(1)洛伦兹伦兹 力永远远不做功，磁场场的作用是让带电让带电 粒子“转转圈圈”，电场电场 的作用是加速带电带电 粒子(2)两D形盒窄缝缝所加的是与带电带电 粒子做匀速圆圆周运动动周期相同的交流电电，且粒子每次过过窄缝时缝时 均为为加速电压电压 .在圆圆柱形区域里，有磁感应应强度为为B的匀强磁场场，磁场场的横截面是半径为为r的圆圆质质量为为m、电电荷量为为q的带电带电 粒子，以初速度v0沿垂直指向圆圆柱轴线轴线 的方向从A点射入匀强磁场
8、场中，从B点离开磁场场，如图图1所示求带电带电 粒子离开磁场时场时 的速度方向与射入磁场时场时 的速度方向间间的偏向角解 题 方 法 指 导对应对应 学生用书书P98【答案】 见见解析【方法总结总结 】带电带电 粒子在匀强磁场场中做匀速圆圆周运动动的解题题方法三步法：(1)画轨轨迹：即确定圆圆心，几何方法求半径并画出轨轨迹(2)找联联系：轨轨道半径与磁感应应强度、运动动速度相联联系，偏转转角度与圆圆心角、运动时间动时间 相联联系，在磁场场中运动动的时间时间 与周期相联联系(3)用规规律：即牛顿顿第二定律和圆圆周运动动的规规律，特别别是周期公式、半径公式(2013雅安高二检测检测 )用磁场场可以
9、约约束带电带电 粒子的轨轨迹，如图图所示，宽宽d2 cm的有界匀强磁场场的横向范围围足够够大，磁感应应强度方向垂直纸纸面向里，B1 T现现有一带带正电电的粒子从O点以v2106 m/s的速度沿纸纸面垂直边边界进进入磁场场粒子的电电荷量q1.61019C，质质量m3.21027 kg.求：(1)粒子在磁场场中运动动的轨轨道半径R；(2)粒子在磁场场中运动动的时间时间 t.S为电为电 子源，它只能在如图图所示的纸纸面上360范围围内发发射速率相同、质质量为为m、电电荷量为为e的电电子MN是块块足够够大的竖竖直挡挡板，与S的水平距离OSL，挡挡板左侧侧有垂直纸纸面向里的匀强磁场场，磁感应应强度为为B
10、.求：【方法总结总结 】解决此类问题类问题 的关键键是找准临临界点，找临临界点的方法是：以题题目中的“恰好”“最大”“至少”等词语为词语为 突破点，挖掘隐隐含条件，分析可能的情况，必要时时画出几个不同半径或不同圆圆心的圆圆的轨轨迹，这样这样 就能顺顺利地找到临临界条件如图图1所示，真空区域有宽宽度为为L、磁感应应强度为为B的匀强磁场场，磁场场方向如图图所示，MN、PQ是磁场场的边边界质质量为为m、电电荷量为为q的粒子先后两次沿着与MN夹夹角为为30的方向垂直磁感线线射入磁场场中，第一次粒子刚刚好没能从PQ边边界射出磁场场，第二次粒子刚刚好垂直PQ边边界射出磁场场(不计计粒子重力的影响)求：(1
11、)粒子第一次射入磁场场的速度及在磁场场中运动动的时间时间 ；(2)粒子第二次射入磁场场的速度及在磁场场中运动动的时间时间 回旋加速器是用来加速一群带带 电电粒子使它们获们获 得很大动动能的仪仪器， 其核心部分是两个D形金属扁盒，两盒 分别别和一高频频交流电电源两极相接，以便 在盒间间的窄缝缝中形成匀强电场电场 ，使粒 子每穿过过狭缝时缝时 都得到加速，两盒放在 匀强磁场场中，磁场场方向垂直于盒底面， 粒子源置于盒的圆圆心附近，若粒子源射 出的粒子电电荷量为为q，质质量为为m，粒子 最大回旋半径为为Rmax，其运动轨动轨 迹如 图图所示问问：(1)盒内有无电场电场 ？(2)粒子在盒内做何种运动动
12、？(3)所加交流电频电频 率应应是多少？粒子角速度为为多大？(4)粒子离开加速器时时速度为为多大，最大动动能为为多少？(5)设设两D形盒间电场间电场 的电势电势 差为为U，盒间间距离为为d，其电场电场 均匀，求加速到上述能量所需时间时间 回旋加速器是加速带电带电 粒子的装置，其核心部分是分别别与高频频交流电电极相连连接的两个D形金属盒，两盒间间的狭缝缝中形成的周期性变变化的电电场场，使粒子在通过过狭缝时缝时 都能得到加速两D形金属盒处处于垂直于盒底的匀强磁场场中，如图图所示，要增大带电带电粒子射出时时的动动能，下列说说法中正确的是( )A增大匀强电场间电场间 的加速电压电压B增大磁场场的磁感应
13、应强度C减小狭缝间缝间 的距离D增大D形金属盒的半径答案：BD默 读 联 想 记 忆对应对应 学生用书书P1001如图图所示，带负电带负电 的粒子以速度v从粒子源P处处射出，若图图中匀强磁场场范围围足够够大(方向垂直纸纸面)，则带电则带电粒子的可能轨轨迹是( )Aa Bb Cc Dd课 堂 巩 固 训 练对应对应 学生用书书P100解析：粒子的出射方向必定与它的运动轨动轨 迹相切，故轨轨迹a、c均不可能，正确答案为为B、D.答案：BD2在匀强磁场场中，一个带电带电 粒子做匀速圆圆周运动动，如果又顺顺利垂直进进入另一磁感应应强度是原来磁感应应强度2倍的匀强磁场场，则则( )A粒子的速率加倍，周期
14、减半B粒子速率不变变，轨轨道半径减半C粒子的速率减半，轨轨道半径变为变为 原来的1/4D粒子速率不变变，周期减半答案：BD3下图图是质谱议质谱议 的工作原理示意图图带电带电 粒子被加速电场电场 加速后，进进入速度选择选择 器速度选择选择 器内相互正交的匀强磁场场和匀强电场电场 的强度分别为别为 B和E.平板S上有可让让粒子通过过的狭缝缝P和记录记录 粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有强度为为B0的匀强磁场场下列表述正确的是( )A质谱仪质谱仪 是分析同位素的重要工具B速度选择选择 器中的磁场场方向垂直纸纸面向外C能通过过狭缝缝P的带电带电 粒子的速率等于E/BD粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝
15、缝P，粒子的比荷越小答案：ABC41930年劳伦劳伦 斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图图所示这这台加速器由两个铜质铜质 D形盒D1、D2构成，其间间留有空隙，下列说说法正确的是( )A离子由加速器的中心附近进进入加速器B离子由加速器的边缘进边缘进 入加速器C离子从磁场场中获获得能量D离子从电场电场 中获获得能量解析：回旋加速器对对离子加速时时，离子是由加速器的中心附近进进入加速器的，故选项选项 A正确，选项选项 B错误错误 ；离子在磁场场中运动时动时 ，洛伦兹伦兹 力不做功，所以离子的能量不变变，故选项选项 C错误错误 ；D形盒D1、D2之间间存在交变电场变电场，当离子通过过交变电场时变电场时 ，电场电场 力对对离子做正功，离子的能量增加，所以离子的能量是从电场电场 中获获得的，故选选项项D正确答案：AD5(2013长长春高二检测检测 )如图图所示 的正方形盒子开有a、b、c三个微孔 ，盒内有垂直纸纸面向里的匀强磁场场 一束速率不同的带电带电 粒子(质质量、 电电量均相同，不计计重力)从a孔沿垂 直磁感线线方向射入盒中，发现发现 从c孔 和b孔有粒子射出，试试分析下列问题问题 ： (1)判断粒子的电电性； (2)从b孔和c孔射出的粒子速率之比 v1v2； (3)它们们在盒内运动时间动时间 之比t1t2.答案：(1)负电负电 (2)12 (3)21
