《高中物理 第3章 磁场 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.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 第3章 磁场 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.ppt（60页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第6 6节带电粒子在匀强磁场中的运动节带电粒子在匀强磁场中的运动( (教师参考教师参考) )一、教学目标一、教学目标知识与技能知识与技能1.1.理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时, ,粒子在匀强磁场中做匀粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动速圆周运动2.2.会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式, ,知道它们与哪知道它们与哪些因素有关些因素有关3.3.了解质谱仪、回旋加速器的工作原理了解质谱仪、回旋加速器的工作原理, ,并以此为情景进行有关问题的分析、计算并以此为
2、情景进行有关问题的分析、计算过程与方法过程与方法1.1.通过洛伦兹力演示仪使学生知道带电粒子在磁场中做匀速圆周运动通过洛伦兹力演示仪使学生知道带电粒子在磁场中做匀速圆周运动2.2.利用圆周运动的知识分析质谱仪、回旋加速器的原理利用圆周运动的知识分析质谱仪、回旋加速器的原理情感态度与价值观情感态度与价值观通过本节知识的学习通过本节知识的学习, ,充分了解科技的巨大威力充分了解科技的巨大威力, ,体会科技的创新与应用历程体会科技的创新与应用历程, ,培养培养学生科学探究的素养学生科学探究的素养二、教学重点难点二、教学重点难点教学重点教学重点带电粒子在匀强磁场中的受力及运动分析带电粒子在匀强磁场中的
3、受力及运动分析教学难点教学难点解决带电粒子在匀强磁场中的运动问题解决带电粒子在匀强磁场中的运动问题三、重难点突破方略三、重难点突破方略带电粒子在匀强磁场中的运动实验演示的突破方略带电粒子在匀强磁场中的运动实验演示的突破方略【实验设置实验设置】 先介绍洛伦兹力演示仪的工作原理先介绍洛伦兹力演示仪的工作原理. .由电子枪发出的电子射线由电子枪发出的电子射线, ,可可以使管内的低压水银蒸气发出辉光以使管内的低压水银蒸气发出辉光, ,显示出电子的径迹显示出电子的径迹, ,电子射线的速度可以通电子射线的速度可以通过电子枪的加速电压来调节过电子枪的加速电压来调节. .励磁线圈能产生垂直于电子射线的匀强磁场
4、励磁线圈能产生垂直于电子射线的匀强磁场, ,可以可以通过调节励磁线圈的电流来改变匀强磁场的强弱通过调节励磁线圈的电流来改变匀强磁场的强弱. .【演示演示1 1】 不加磁场作用不加磁场作用, ,并提问并提问: :电子射线的径迹是什么形状电子射线的径迹是什么形状? ?学生学生: :电子射线的径迹是直线电子射线的径迹是直线. .【演示演示2 2】 调节励磁线圈的电流调节励磁线圈的电流, ,加垂直屏幕向外的磁场加垂直屏幕向外的磁场, ,并提问并提问: :电子射线电子射线的径迹是什么形状的径迹是什么形状? ?学生学生: :电子射线的径迹变弯曲成圆形电子射线的径迹变弯曲成圆形. .【演示演示3 3】 保持
5、出射电子的速度不变保持出射电子的速度不变, ,增大励磁线圈的电流增大励磁线圈的电流, ,并提问并提问: :磁感应磁感应强度的大小如何变化强度的大小如何变化? ?电子射线的径迹圆的半径发生了什么变化电子射线的径迹圆的半径发生了什么变化? ?减小励磁减小励磁线圈的电流线圈的电流, ,并提问并提问: :磁感应强度的大小如何变化磁感应强度的大小如何变化? ?电子射线的径迹圆的半径电子射线的径迹圆的半径又发生了什么变化又发生了什么变化? ?学生学生: :增大励磁线圈的电流增大励磁线圈的电流, ,磁感应强度增大磁感应强度增大, ,径迹圆的半径变小径迹圆的半径变小; ;减小励磁减小励磁线圈的电流线圈的电流,
6、 ,磁感应强度减小磁感应强度减小, ,径迹圆的半径变大径迹圆的半径变大. .教师教师: :磁场越强磁场越强, ,径迹的半径越小径迹的半径越小. .【演示演示4 4】 保持磁感应强度不变保持磁感应强度不变, ,增大电子枪的加速电压增大电子枪的加速电压, ,并提问并提问: :电子速度电子速度的大小如何变化的大小如何变化? ?电子射线的径迹圆的半径发生了什么变化电子射线的径迹圆的半径发生了什么变化? ?减小电子枪的减小电子枪的加速电压加速电压, ,并提问并提问: :电子速度的大小如何变化电子速度的大小如何变化? ?电子射线的径迹圆的半径又发电子射线的径迹圆的半径又发生了什么变化生了什么变化? ?学生
7、学生: :增大电子枪的加速电压增大电子枪的加速电压, ,电子速度增大电子速度增大, ,径迹圆的半径变大径迹圆的半径变大. .减小电子减小电子枪的加速电压枪的加速电压, ,电子速度减小电子速度减小, ,径迹圆的半径变小径迹圆的半径变小. .教师教师: :电子的出射速度越大电子的出射速度越大, ,径迹圆的半径越大径迹圆的半径越大. .自主学习自主学习课堂探究课堂探究达标测评达标测评学科素养学科素养自主学习自主学习 课前预习课前预习感悟新知感悟新知( (教师参考教师参考) )情境链接一情境链接一回旋加速器回旋加速器回旋加速器在高能物理及现代医学上有广泛的应用回旋加速器在高能物理及现代医学上有广泛的应
8、用. .它的主要结构是在磁极间的它的主要结构是在磁极间的真空室内有两个半圆形的金属扁盒真空室内有两个半圆形的金属扁盒(D(D形盒形盒) )隔开相对放置隔开相对放置, ,在两个在两个D D形盒上加交变形盒上加交变电压电压, ,其间隙处产生交变电场其间隙处产生交变电场. .置于中心的粒子源射出带电粒子置于中心的粒子源射出带电粒子, ,受到电场加速受到电场加速, ,在在D D形盒内仅受磁极间磁场的洛伦兹力形盒内仅受磁极间磁场的洛伦兹力, ,在垂直磁场平面内做圆周运动在垂直磁场平面内做圆周运动. .带电粒子带电粒子经电场加速后经电场加速后, ,在磁场中绕行半圈在磁场中绕行半圈, ,再一次进入电场加速再
9、一次进入电场加速. .经过很多次加速经过很多次加速, ,带电带电粒子获得很大的能量粒子获得很大的能量. .1.1.回旋加速器中电场的作用是什么回旋加速器中电场的作用是什么? ?2.2.回旋加速器中磁场的作用是什么回旋加速器中磁场的作用是什么? ?3.3.为了使带电粒子能持续地被加速为了使带电粒子能持续地被加速, ,在两个在两个D D形盒上加交变电压的周期与形盒上加交变电压的周期与带电粒子在磁场中做圆周运动的周期必须有什么关系带电粒子在磁场中做圆周运动的周期必须有什么关系? ?信息信息1.1.带电粒子在电场中加速带电粒子在电场中加速, ,获得能量获得能量. .2.2.带电粒子在磁场中做匀速圆周运
10、动带电粒子在磁场中做匀速圆周运动, ,运动半圈后平行于电场方向进入运动半圈后平行于电场方向进入电场中再一次被加速电场中再一次被加速. .3.3.在两个在两个D D形盒上加交变电压的周期与带电粒子在磁场中做圆周运动的形盒上加交变电压的周期与带电粒子在磁场中做圆周运动的周期必须相等周期必须相等. .情境链接二情境链接二如图所示如图所示, ,太阳发射出的带电粒子以太阳发射出的带电粒子以3003001 000 km/s1 000 km/s的速度扫过太阳系的速度扫过太阳系, ,形成了形成了“太阳风太阳风”. .这种巨大的辐射经过地球时这种巨大的辐射经过地球时, ,地球的磁场使这些带电粒子发地球的磁场使这
11、些带电粒子发生偏转生偏转, ,避免了地球上的生命受到带电粒子的辐射避免了地球上的生命受到带电粒子的辐射. .当当“太阳风太阳风”的带电粒子被的带电粒子被地磁场拉向两极时地磁场拉向两极时, ,带电粒子的轨迹为什么呈螺旋形带电粒子的轨迹为什么呈螺旋形? ?信息信息“太阳风太阳风”是高速粒子流是高速粒子流, ,垂直射向地球的磁场时垂直射向地球的磁场时, ,会受到洛伦兹力的作用而发会受到洛伦兹力的作用而发生偏转生偏转, ,绕地球而过绕地球而过; ;在地球高纬度地方在地球高纬度地方,“,“太阳风太阳风”与地磁场夹角较小与地磁场夹角较小, ,顺着磁顺着磁场匀速运动场匀速运动, ,垂直磁场圆周运动垂直磁场圆
12、周运动, ,从而呈螺旋形被拉向地球两极从而呈螺旋形被拉向地球两极. .教材梳理教材梳理一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动阅读教材第阅读教材第9999页页“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”部分部分, ,知道带电粒子知道带电粒子在匀强磁场中运动的基本特征在匀强磁场中运动的基本特征, ,了解洛伦兹力的作用了解洛伦兹力的作用, ,会推导轨道半径及周会推导轨道半径及周期公式期公式. .1.1.运动特点运动特点: :沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子, ,在匀强磁场中做在匀强磁场中做 运动运动. .匀速圆周匀速圆周向
13、心力向心力轨道半径轨道半径速度速度想一想想一想 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动, ,若粒子速度减小若粒子速度减小, ,则半径如则半径如何变化何变化? ?若磁感应强度突然变大若磁感应强度突然变大, ,则半径如何变化则半径如何变化? ?答案答案: :粒子速度减小粒子速度减小, ,则半径变小则半径变小; ;磁感应强度突然变大磁感应强度突然变大, ,则半径变小则半径变小. .二、质谱仪二、质谱仪分析教材第分析教材第100100页页“例题例题”,”,了解质谱仪中粒子通过了哪两个主要区域了解质谱仪中粒子通过了哪两个主要区域, ,在这在这些区域中可使用什么物理规律些区域
14、中可使用什么物理规律. .1.1.原理图原理图: :如图所示如图所示qUqUqvBqvB5.5.应用应用: :可以测定带电粒子的质量和分析可以测定带电粒子的质量和分析 . .同位素同位素想一想想一想 质谱仪分析同位素的原理是什么质谱仪分析同位素的原理是什么? ?三、回旋加速器三、回旋加速器阅读教材第阅读教材第101101102102页页“回旋加速器回旋加速器”部分部分, ,知道回旋加速器的结构知道回旋加速器的结构, ,了解磁场区域的作用、电场区域的作用及多次加速的原理了解磁场区域的作用、电场区域的作用及多次加速的原理. .1.1.构造图构造图: :如图所示如图所示. .2.2.核心部件核心部件
15、: :两个半圆金属两个半圆金属 . .3.3.原理原理: :高频交流电流的周期与带电粒子在高频交流电流的周期与带电粒子在D D形盒中的运动周期形盒中的运动周期 . .粒子粒子每经过一次加速每经过一次加速, ,其轨道半径就大一些其轨道半径就大一些, ,粒子做圆周运动的周期粒子做圆周运动的周期 . .D D形盒形盒相同相同不变不变想一想想一想 随着回旋加速器中带电粒子速度的增加随着回旋加速器中带电粒子速度的增加, ,缝隙处电势差的正负改缝隙处电势差的正负改变是否越来越快变是否越来越快, ,以便能使粒子在缝隙处刚好被加速以便能使粒子在缝隙处刚好被加速? ?为什么为什么? ?自主检测自主检测答案答案:
16、 :(1)(1)(2)(2)(3)(3)(4)(4)2.2.一个质量为一个质量为m m、电荷量为、电荷量为q q的粒子的粒子, ,在磁感应强度为在磁感应强度为B B的匀强磁场中做匀速圆周运的匀强磁场中做匀速圆周运动动, ,则下列说法中正确的是则下列说法中正确的是( ( ) )A.A.它所受的洛伦兹力是恒定不变的它所受的洛伦兹力是恒定不变的B.B.它的速度是恒定不变的它的速度是恒定不变的C.C.它的速度与磁感应强度它的速度与磁感应强度B B成正比成正比D.D.它的运动周期与速度的大小无关它的运动周期与速度的大小无关D D3.3.两个粒子两个粒子, ,带电荷量相等带电荷量相等, ,在同一匀强磁场中
17、只受洛伦兹力而做匀速圆周运在同一匀强磁场中只受洛伦兹力而做匀速圆周运动动( ( ) )A.A.若速率相等若速率相等, ,则半径必相等则半径必相等B.B.若质量相等若质量相等, ,则周期必相等则周期必相等C.C.若动能相等若动能相等, ,则周期必相等则周期必相等D.D.若质量相等若质量相等, ,则半径必相等则半径必相等B B4.(4.(多选多选) )带电粒子进入云室会使云室中的气体电离带电粒子进入云室会使云室中的气体电离, ,从而显示其运动轨迹从而显示其运动轨迹. .如图所示是在有匀强磁场的云室中观察到的粒子的轨迹如图所示是在有匀强磁场的云室中观察到的粒子的轨迹,a,a和和b b是轨迹上的是轨迹
18、上的两点两点, ,匀强磁场匀强磁场B B垂直于纸面向里垂直于纸面向里. .该粒子在运动时该粒子在运动时, ,其质量和电荷量不变其质量和电荷量不变, ,而动能逐渐减少而动能逐渐减少, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( ( ) )A.A.粒子先经过粒子先经过a a点点, ,再经过再经过b b点点B.B.粒子先经过粒子先经过b b点点, ,再经过再经过a a点点C.C.粒子带负电粒子带负电D.D.粒子带正电粒子带正电解析解析: :由于粒子的速度减小由于粒子的速度减小, ,所以轨道半径不断减小所以轨道半径不断减小, ,所以选项所以选项A A正确正确,B,B错误错误; ;由左手定则得粒子应带负电由左
19、手定则得粒子应带负电, ,选项选项C C正确正确,D,D错误错误. .ACAC课堂探究课堂探究 核心导学核心导学要点探究要点探究要点一要点一带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动【问题导引问题导引】带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期T T会随粒子速度变化而变化吗会随粒子速度变化而变化吗? ?周期周期T T与哪些因素有关与哪些因素有关? ?【例例1 1】 (2015 (2015全国新课标理综全国新课标理综)()(多选多选) )有两个匀强磁场区域有两个匀强磁场区域和和,中中的磁感应强度是的磁感应强度是中的中的k k倍倍,
20、,两个速率相同的电子分别在两磁场区域做圆周运两个速率相同的电子分别在两磁场区域做圆周运动动. .与与中运动的电子相比中运动的电子相比,中的电子中的电子( ( ) )A.A.运动轨迹的半径是运动轨迹的半径是中的中的k k倍倍B.B.加速度的大小是加速度的大小是中的中的k k倍倍C.C.做圆周运动的周期是做圆周运动的周期是中的中的k k倍倍D.D.做圆周运动的角速度与做圆周运动的角速度与中的相等中的相等思路探究思路探究电子的运动半径由什么关系得出电子的运动半径由什么关系得出? ?运动周期如何求出运动周期如何求出? ?ACAC( (教师备用教师备用) )例例1-1:1-1:已知质子和已知质子和粒子的
21、质量之比粒子的质量之比m m1 1mm2 2=14,=14,电荷量之比电荷量之比q q1 1qq2 2=12,=12,两种粒子从静止开两种粒子从静止开始经相同的电压加速后垂直进入同一匀强磁场中做圆周运动始经相同的电压加速后垂直进入同一匀强磁场中做圆周运动, ,则这两种粒子做圆周运动的动能则这两种粒子做圆周运动的动能之比之比E Ek1k1EEk2k2= =, ,轨道半径之比轨道半径之比r r1 1rr2 2= =, ,周期之比周期之比T T1 1TT2 2= =. .ACDACDD D要点二要点二带电粒子在有界匀强磁场中的匀速圆周运动带电粒子在有界匀强磁场中的匀速圆周运动【问题导引问题导引】带电
22、粒子在有界匀强磁场中运动时如何根据轨迹找到粒子做匀速圆周运动的带电粒子在有界匀强磁场中运动时如何根据轨迹找到粒子做匀速圆周运动的圆心圆心? ?答案答案: :在轨迹上找出两点在轨迹上找出两点, ,若两点速度方向确定若两点速度方向确定, ,则作两速度方向的垂线则作两速度方向的垂线, ,其交其交点即为圆心点即为圆心; ;若知其一点的速度方向若知其一点的速度方向, ,可做两点连线的中垂线和另一点速度方可做两点连线的中垂线和另一点速度方向的垂线向的垂线, ,交点即为圆心交点即为圆心. .【要点归纳要点归纳】1.1.圆心的确定方法圆心的确定方法(1)(1)圆心一定在垂直于速度的直线上圆心一定在垂直于速度的
23、直线上. .如图如图( (甲甲) )所示所示, ,已知入射点已知入射点P P和出射点和出射点M M的速的速度方向度方向, ,可通过入射点和出射点作速度的垂线可通过入射点和出射点作速度的垂线, ,两条直线的交点就是圆心两条直线的交点就是圆心. .(2)(2)圆心一定在弦的中垂线上圆心一定在弦的中垂线上. .如图如图( (乙乙) )所示所示, ,作作P,MP,M连线的中垂线连线的中垂线, ,与其中一个速与其中一个速度的垂线的交点为圆心度的垂线的交点为圆心. .2.2.带电粒子在不同边界匀强磁场中的运动带电粒子在不同边界匀强磁场中的运动(1)(1)直线边界直线边界 进出磁场具有对称性进出磁场具有对称
24、性, ,如图如图( (甲甲)(2)(2)平行边界平行边界 存在临界条件存在临界条件, ,如图如图( (乙乙)(3)(3)圆形边界圆形边界 沿径向射入必沿径向射出沿径向射入必沿径向射出, ,如图如图( (丙丙)思维导图思维导图规律方法规律方法 解决带电粒子在匀强磁场中运动问题的一般方法解决带电粒子在匀强磁场中运动问题的一般方法在研究带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动规律时在研究带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动规律时, ,着重把握着重把握“一找圆一找圆心心, ,二求半径二求半径, ,三定时间三定时间”的方法的方法. .(1)(1)圆心的确定方法圆心的确定方法: :两线定一两线定一“心心”圆心一定
25、在垂直于速度的直线上圆心一定在垂直于速度的直线上. .圆心一定在弦的中垂线上圆心一定在弦的中垂线上. .( (教师备用教师备用) )例例2-1:(20162-1:(2016河南南阳高二检测河南南阳高二检测) )如图所示如图所示, ,在在x x轴上方有方向垂直纸面向外的匀强磁轴上方有方向垂直纸面向外的匀强磁场场, ,有一质量为有一质量为m,m,电荷量为电荷量为q q的粒子以初速度的粒子以初速度v v从从M M点沿点沿y y轴正方向轴正方向射入射入, ,从从x x轴上的轴上的N N点射出点射出, ,射出时速度方向与射出时速度方向与x x轴的负方向夹角为轴的负方向夹角为,已知已知=30,N=30,N
26、点到点到O O点的距离为点的距离为L,L,不计粒子重力不计粒子重力. .(1)(1)求匀强磁场磁感应强度的大小求匀强磁场磁感应强度的大小; ;答案答案: :见解析见解析(2)(2)若当带电粒子在磁场中运动到某一位置时若当带电粒子在磁场中运动到某一位置时, ,在在y y轴右方再加一匀强电场轴右方再加一匀强电场, ,使带电粒子做匀速直线运动使带电粒子做匀速直线运动, ,运动到运动到x x轴上的轴上的P P点点( (未画出未画出) )时速度方向与时速度方向与x x轴轴的正方向夹角也为的正方向夹角也为=30,=30,求所加匀强电场的电场强度的大小与方向求所加匀强电场的电场强度的大小与方向. . 答案答
27、案: :见解析见解析例例2-2:(20162-2:(2016山东淄博高二期末联考山东淄博高二期末联考) )电视机显像管原理如图所示电视机显像管原理如图所示, ,初速度不初速度不计的电子经电势差为计的电子经电势差为U U的电场加速后的电场加速后, ,沿水平方向进入有边界的磁感应强度为沿水平方向进入有边界的磁感应强度为B B的匀强磁场中的匀强磁场中. .已知电子电荷量为已知电子电荷量为e e、质量为、质量为m.m.若要求电子束的偏转角为若要求电子束的偏转角为,求磁场有限边界的宽度求磁场有限边界的宽度L. L. D D 要点三要点三回旋加速器回旋加速器【问题导引问题导引】1.1.回旋加速器主要由哪几
28、部分组成回旋加速器主要由哪几部分组成? ?回旋加速器中的磁场和电场分别起什么作用回旋加速器中的磁场和电场分别起什么作用? ?答案答案: :回旋加速器主要有两个回旋加速器主要有两个D D形盒以及垂直于形盒以及垂直于D D形盒的磁场和两形盒的磁场和两D D形盒缝隙间的交形盒缝隙间的交流电源组成流电源组成. .磁场的作用是使带电粒子回旋磁场的作用是使带电粒子回旋, ,电场的作用是使带电粒子加速电场的作用是使带电粒子加速. .2.2.对交流电源的周期有什么要求对交流电源的周期有什么要求? ?带电粒子获得的最大动能由哪些因素决定带电粒子获得的最大动能由哪些因素决定? ?【例例3 3】 回旋加速器是用来加
29、速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器, ,其核其核心部分是两个心部分是两个D D形金属扁盒形金属扁盒, ,两盒分别和一高频交流电源两极相接两盒分别和一高频交流电源两极相接, ,以便在盒内的以便在盒内的狭缝中形成匀强电场狭缝中形成匀强电场, ,使粒子每次穿过狭缝时都得到加速使粒子每次穿过狭缝时都得到加速, ,两盒放在磁感应强度两盒放在磁感应强度为为B B的匀强磁场中的匀强磁场中, ,磁场方向垂直于盒底面磁场方向垂直于盒底面, ,粒子源置于盒的圆心附近粒子源置于盒的圆心附近, ,若粒子源若粒子源射出的粒子电荷量为射出的粒子电荷量为q,q,质
30、量为质量为m,m,粒子最大回旋半径为粒子最大回旋半径为R Rmaxmax. .求求: :(1)(1)粒子在盒内做何种运动粒子在盒内做何种运动; ;(2)(2)所加交变电流频率及粒子角速度所加交变电流频率及粒子角速度; ;(3)(3)粒子离开加速器时的最大速度及最大动能粒子离开加速器时的最大速度及最大动能. .思路探究思路探究(1)(1)回旋加速器的高频交流电源周期如何确定回旋加速器的高频交流电源周期如何确定? ?答案答案: :交流电源周期根据带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期交流电源周期根据带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期确定确定; ;两者需相等两者需相等. .(2)(2)带电粒
31、子被加速后的最大动能由什么因素决定带电粒子被加速后的最大动能由什么因素决定? ?解析解析: :(1)(1)带电粒子在盒内做匀速圆周运动带电粒子在盒内做匀速圆周运动, ,每次加速之后半径变大每次加速之后半径变大. .误区警示误区警示 处理回旋加速器题目易出现的问题处理回旋加速器题目易出现的问题(1)(1)误认为交变电压的周期随粒子轨迹半径的变化而变化误认为交变电压的周期随粒子轨迹半径的变化而变化, ,实际上交变电压的实际上交变电压的周期是不变的周期是不变的. .(2)(2)误认为粒子的最终能量与加速电压的大小有关误认为粒子的最终能量与加速电压的大小有关, ,实际上实际上, ,粒子的最终能量粒子的
32、最终能量由磁感应强度由磁感应强度B B和和D D形盒的半径决定形盒的半径决定, ,与加速电压的大小无关与加速电压的大小无关. .BD BD 例例3-2:3-2:如图所示如图所示, ,以两虚线为边界以两虚线为边界, ,中间存在平行纸面且与边界垂直的水平电中间存在平行纸面且与边界垂直的水平电场场, ,宽度为宽度为d,d,两侧为相同的匀强磁场两侧为相同的匀强磁场, ,方向垂直纸面向里方向垂直纸面向里. .一质量为一质量为m m、带电荷、带电荷量为量为+q+q、重力不计的带电粒子、重力不计的带电粒子, ,以初速度以初速度v v1 1垂直边界射入磁场做匀速圆周运动垂直边界射入磁场做匀速圆周运动, ,后进
33、入电场做匀加速运动后进入电场做匀加速运动, ,然后第二次进入磁场中运动然后第二次进入磁场中运动, ,此后粒子在电场和磁此后粒子在电场和磁场中交替运动场中交替运动. .已知粒子第二次在磁场中运动的半径是已知粒子第二次在磁场中运动的半径是第一次的二倍第一次的二倍, ,第三次是第一次的三倍第三次是第一次的三倍, ,以此类推以此类推. .求求(1)(1)粒子第一次经过电场的过程中静电力所做的功粒子第一次经过电场的过程中静电力所做的功W W1 1. .(2)(2)粒子第粒子第n n次经过电场时电场强度的大小次经过电场时电场强度的大小E En n. .(3)(3)粒子第粒子第n n次经过电场时所用的时间次
34、经过电场时所用的时间t tn n. . 针对训练针对训练3:3:回旋加速器是加速带电粒子的装置回旋加速器是加速带电粒子的装置, ,其核心部分是分别与高频交流其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个电极相连接的两个D D形金属盒形金属盒, ,两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场, ,使粒使粒子在通过狭缝时都能得到加速子在通过狭缝时都能得到加速, ,两两D D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中, ,如如图所示图所示, ,要增大带电粒子射出时的动能要增大带电粒子射出时的动能, ,可行的办法是可行的办法是( ( ) )A.A.只增
35、大加速电压只增大加速电压B.B.只减小磁场的磁感应强度只减小磁场的磁感应强度C.C.只增加周期性变化的电场的频率只增加周期性变化的电场的频率D.D.只增大只增大D D形金属盒的半径形金属盒的半径D D达标测评达标测评 随堂演练随堂演练检测效果检测效果1.1.洛伦兹力使带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动洛伦兹力使带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动, ,下列各图中均标有带下列各图中均标有带正电荷粒子的运动速度正电荷粒子的运动速度v,v,洛伦兹力洛伦兹力F F及磁场及磁场B B的方向的方向, ,虚线圆表示粒子的轨迹虚线圆表示粒子的轨迹, ,其中可能出现的情况是其中可能出现的情况是( ( ) )解析解
36、析: :由于带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动由于带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动, ,洛伦兹力提供向洛伦兹力提供向心力而指向圆心心力而指向圆心, ,速度速度v v的方向必沿圆周的切线的方向必沿圆周的切线, ,由左手定则判断可知由左手定则判断可知选项选项A A正确正确. .A A2.(20162.(2016惠州市高二期末惠州市高二期末)()(多选多选) )如图所示为自左向右逐渐增强的磁场如图所示为自左向右逐渐增强的磁场, ,一不计一不计重力的带电粒子垂直射入其中重力的带电粒子垂直射入其中, ,由于周围气体的阻碍作用由于周围气体的阻碍作用, ,其运动轨迹恰为一段其运动轨迹恰为一段半径不变的圆弧
37、半径不变的圆弧PQ(PQ(粒子电荷量保持不变粒子电荷量保持不变),),则可判断则可判断( ( ) )A.A.粒子从粒子从P P点射入点射入B.B.粒子所受洛伦兹力逐渐增大粒子所受洛伦兹力逐渐增大C.C.粒子从粒子从Q Q点射入点射入D.D.粒子的动能逐渐减小粒子的动能逐渐减小ADAD3.(3.(多选多选) )质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具, ,它的构造它的构造原理如图所示原理如图所示, ,离子源离子源S S产生的各种不同正离子束产生的各种不同正离子束( (速度可看为零速度可看为零),),经加速电场经加速电场加速后垂直进入有界
38、匀强磁场加速后垂直进入有界匀强磁场, ,到达记录它的照相底片到达记录它的照相底片P P上上, ,设离子在设离子在P P上的位置上的位置到入口处到入口处S S1 1的距离为的距离为x,x,可以判断可以判断( ( ) )A.A.若离子束是同位素若离子束是同位素, ,则则x x越大越大, ,离子质量越大离子质量越大B.B.若离子束是同位素若离子束是同位素, ,则则x x越大越大, ,离子质量越小离子质量越小C.C.只要只要x x相同相同, ,则离子质量一定相同则离子质量一定相同D.D.只要只要x x相同相同, ,则离子的比荷一定相同则离子的比荷一定相同ADAD4.(20164.(2016山东胶州市高
39、二期末山东胶州市高二期末) )如图所示如图所示, ,在空间中存在垂直纸面向外在空间中存在垂直纸面向外, ,宽度为宽度为d d的有界匀强磁场的有界匀强磁场. .一质量为一质量为m,m,带电荷量为带电荷量为q q的粒子自下边界的的粒子自下边界的P P点处以速度点处以速度v v沿沿与下边界成与下边界成=30=30角的方向垂直射入磁场角的方向垂直射入磁场, ,恰能垂直于恰能垂直于上边界射出上边界射出, ,不计粒子重力不计粒子重力, ,题中题中d,m,q,vd,m,q,v均为已知量均为已知量. .则则(1)(1)粒子带何种电荷粒子带何种电荷? ?解析解析: :(1)(1)粒子在磁场中运动轨迹如图所示粒子
40、在磁场中运动轨迹如图所示, ,粒子向上偏转粒子向上偏转, ,由左手定则可判由左手定则可判断粒子带正电断粒子带正电. . 答案答案: :(1)(1)正电荷正电荷(2)(2)磁场的磁感应强度为多少磁场的磁感应强度为多少? ?学科素养学科素养 技能点拨技能点拨规范解题规范解题带电粒子运动的多解和周期性问题带电粒子运动的多解和周期性问题带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动, ,由于多种因素的影响由于多种因素的影响, ,使问题使问题形成多解形成多解, ,多解形成原因一般包含下述几个方面多解形成原因一般包含下述几个方面: :(1)(1)带电粒子电性不确定形成多解带电
41、粒子电性不确定形成多解受洛伦兹力作用的带电粒子受洛伦兹力作用的带电粒子, ,可能带正电荷可能带正电荷, ,也可能带负电荷也可能带负电荷, ,在相同的初速在相同的初速度下度下, ,正负粒子在磁场中运动轨迹不同正负粒子在磁场中运动轨迹不同, ,导致形成多解导致形成多解. .(2)(2)磁场方向不确定形成多解磁场方向不确定形成多解有些题目只告诉了磁感应强度的大小有些题目只告诉了磁感应强度的大小, ,而未具体指出磁感应强度的方向而未具体指出磁感应强度的方向. .此此时必须要考虑磁感应强度的方向时必须要考虑磁感应强度的方向. .(3)(3)临界状态不唯一形成多解临界状态不唯一形成多解带电粒子在洛伦兹力作
42、用下飞越有界磁场时带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时, ,由于粒子运动轨迹是圆弧状由于粒子运动轨迹是圆弧状, ,因此因此, ,它可能穿过去了它可能穿过去了, ,可能转过可能转过180180从入射界面这边反向飞出从入射界面这边反向飞出, ,如图所示如图所示, ,于是形成多解于是形成多解. .(4)(4)运动的重复性形成多解运动的重复性形成多解带电粒子在部分是电场、部分是磁场空间运动时带电粒子在部分是电场、部分是磁场空间运动时, ,往往运动具有往复性往往运动具有往复性, ,因因而形成多解而形成多解. .【以例试法以例试法】 如图所示如图所示, ,在在x x轴上方有匀强电场轴上方有匀强电场, ,
43、场强为场强为E;E;在在x x轴下方有匀轴下方有匀强磁场强磁场, ,磁感应强度为磁感应强度为B,B,方向如图所示方向如图所示, ,在在x x轴上有一点轴上有一点M,M,离离O O点距离为点距离为l.l.现现有一质量为有一质量为m m带电荷量为带电荷量为+q+q的粒子的粒子, ,从静止开始释放后能经过从静止开始释放后能经过M M点点. .求如果此求如果此粒子放在粒子放在y y轴上轴上, ,其坐标应满足什么关系其坐标应满足什么关系?(?(重力忽略不计重力忽略不计) )方法点拨方法点拨 此类题正确分析并画出粒子运动轨迹图是关键此类题正确分析并画出粒子运动轨迹图是关键. .并注意由于并注意由于其运动的周期性其运动的周期性, ,从而带来多解从而带来多解( (几个解几个解) )的可能的可能, ,不要仅考虑到不要仅考虑到n=1n=1的特殊的特殊情况情况. .答案答案: :见解析见解析AC AC ( (教师参考教师参考) )课堂小结课堂小结
