《名师同步导学高中物理第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31》由会员分享，可在线阅读，更多相关《名师同步导学高中物理第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31（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第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1用洛伦兹力演示仪观察电子的轨迹用洛伦兹力演示仪观察电子的轨迹(1)不加磁场时，观察到电子束的径迹是直线不加磁场时，观察到电子束的径迹是直线(2)加加上上匀匀强强磁磁场场时时，让让电电子子束束垂垂直直射射入入磁磁场场，观观察察到的电子径迹是圆周到的电子径迹是圆周(3)保保持持电电子子的的出出射射速速度度不不变变，改改变变磁磁场场的的磁磁感感应应强强度，发现磁感应强度变大，圆形径迹的半径变小度，发现磁感应强度变大，圆形径迹的半径变小教 材 要 点 解 读对应学生用书对应学生用书P96(4)保保持持磁磁场场的的磁
2、磁感感应应强强度度不不变变，改改变变电电子子的的出出射射速速度，发现电子的出射速度越大，圆形径迹的半径越大度，发现电子的出射速度越大，圆形径迹的半径越大结结论论：(1)当当带带电电粒粒子子以以速速度度v平平行行于于磁磁场场方方向向进进入入匀匀强强磁磁场场后后，粒粒子子所所受受洛洛伦伦兹兹力力为为零零，所所以以粒粒子子将将以以速速度度v做匀速直线运动做匀速直线运动(2)当当带带电电粒粒子子以以一一定定的的速速度度垂垂直直进进入入磁磁场场时时做做圆圆周周运运动动，且且圆圆周周运运动动的的半半径径与与磁磁场场的的强强弱弱及及粒粒子子的的入入射射速速度有关度有关2带电粒子在匀强磁场中的圆周运动带电粒子
3、在匀强磁场中的圆周运动如如图图所所示示，带带电电粒粒子子以以速速度度v垂垂直直磁磁场场方方向向入入射射，在在磁磁场场中中做做匀匀速速圆圆周周运运动动，设设带带电电粒粒子子的的质质量量为为m，所所带带的的电荷量为电荷量为q.3带带电电粒粒子子在在磁磁场场中中做做圆圆周周运运动动时时圆圆心心、半半径径和和运运动时间的确定方法动时间的确定方法(1)圆心的确定圆心的确定圆圆心心一一定定在在与与速速度度方方向向垂垂直直的的直直线线上上，常常用用三三种种方方法确定：法确定：已已知知粒粒子子的的入入射射方方向向和和出出射射方方向向时时，可可通通过过入入射射点点和和出出射射点点分分别别作作垂垂直直于于入入射射
4、方方向向和和出出射射方方向向的的直直线线，两两条条直直线线的的交交点点就就是是圆圆弧弧轨轨道道的的圆圆心心，如如图图甲甲所所示示，P为为入射点，入射点，M为出射点为出射点已已知知粒粒子子的的入入射射点点和和出出射射点点的的位位置置时时，可可以以通通过过入入射射点点作作入入射射方方向向的的垂垂线线，再再连连接接入入射射点点和和出出射射点点作作其其中中垂垂线线，这这两两条条垂垂线线的的交交点点就就是是圆圆弧弧轨轨道道的的圆圆心心，如如图图乙乙所所示示，P为为入入射射点点，M为为出出射射点点，这这种种方方法法在在不不明明确确出出射方向的时候使用射方向的时候使用若若仅仅知知道道粒粒子子进进入入磁磁场场
5、前前与与离离开开磁磁场场后后的的速速度度方方向向，可可找找两两速速度度方方向向延延长长线线夹夹角角的的角角平平分分线线以以确确定定圆圆心心位置范围，再结合其他条件以确定圆心的具体位置位置范围，再结合其他条件以确定圆心的具体位置(2)半径的确定和计算半径的确定和计算如如图图所所示示，利利用用平平面面几几何何关关系系，求求出出该该圆圆的的可可能能半半径径(或圆心角或圆心角)，并注意利用以下两个重要几何关系：，并注意利用以下两个重要几何关系：粒粒子子速速度度的的偏偏向向角角等等于于圆圆心心角角，并并等等于于弦弦AB与与切线的夹角切线的夹角(弦切角弦切角)的的2倍，即倍，即2t.相相对对的的弦弦切切角
6、角相相等等，与与相相邻邻的的弦弦切切角角互互补补，即即180.4带电粒子在有界磁场中运动的几个问题带电粒子在有界磁场中运动的几个问题(1)常见有界磁场边界的类型如下图所示常见有界磁场边界的类型如下图所示(2)带电粒子运动与磁场边界的关系带电粒子运动与磁场边界的关系刚刚好好穿穿出出磁磁场场边边界界的的条条件件是是带带电电粒粒子子在在磁磁场场中中运运动的轨迹与边界相切动的轨迹与边界相切当当速速度度v一一定定时时，弧弧长长(或或弦弦长长)越越长长，圆圆周周角角越越大大，则带电粒子在有界磁场中运动的时间越长则带电粒子在有界磁场中运动的时间越长(3)带电粒子在有界磁场中运动的对称性带电粒子在有界磁场中运
7、动的对称性从从某某一一直直线线边边界界射射入入的的粒粒子子，从从同同一一边边界界射射出出时时，速度与边界的夹角相等速度与边界的夹角相等在在圆圆形形磁磁场场区区域域内内，沿沿径径向向射射入入的的粒粒子子，必必沿沿径径向射出向射出(1)只只有有当当带带电电粒粒子子以以垂垂直直于于磁磁场场的的方方向向射射入入匀匀强强磁磁场场中中时时，带带电电粒粒子子才才能能做做匀匀速速圆圆周周运运动动，两两个个条条件件缺缺一一不可不可(2)垂垂直直进进入入匀匀强强磁磁场场的的带带电电粒粒子子，它它的的初初速速度度和和所所受受洛洛伦伦兹兹力力的的方方向向都都在在跟跟磁磁场场垂垂直直的的平平面面内内，没没有有任任何何作
8、作用用使使粒粒子子离离开开这这个个平平面面，所所以以粒粒子子只只能能在在这这个个平平面面内内运动运动1结结构构：质质谱谱仪仪由由静静电电加加速速电电极极、速速度度选选择择器器、偏偏转磁场、显示屏等组成转磁场、显示屏等组成(如图如图)3质谱仪的应用质谱仪的应用质质谱谱仪仪最最初初是是由由汤汤姆姆生生的的学学生生阿阿斯斯顿顿设设计计的的，他他用用质质谱谱仪仪首首先先发发现现了了氖氖20和和氖氖22的的质质谱谱线线，证证实实了了同同位位素素的的存存在在后后来来经经过过多多次次改改进进，质质谱谱仪仪已已经经成成了了一一种种十十分分精密的测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具精密的测量带电粒子的质量和
9、分析同位素的重要工具1直线加速器直线加速器(多级加速器多级加速器)如如图图所所示示，电电荷荷量量为为q的的粒粒子子经经过过n级级加加速速后后，根根据据动动能能定定理理获获得得的的动动能能可可以以达达到到Ekq(U1U2U3Un)这这种种多多级级加加速速器器通通常常叫叫做做直直线线加加速速器器，目目前前已已经经建建成成的的直直线线加加速速器器有有几几千千米米甚甚至至几几十十千千米米长长各各加加速速区区的的两两板板之之间间用用独独立立电电源源供供电电，所所以以粒粒子子从从P2飞飞向向P3、从从P4飞飞向向P5时不会减速时不会减速说说明明：直直线线加加速速器器占占有有的的空空间间范范围围大大，在在有
10、有限限的的空空间范围内制造直线加速器受到一定的限制间范围内制造直线加速器受到一定的限制2回旋加速器回旋加速器(1)构构造造：如如下下图图所所示示，回回旋旋加加速速器器主主要要由由以以下下几几部部分分组组成成：粒粒子子源源；两两个个D形形盒盒；匀匀强强磁磁场场；高高频频电源；电源；粒子引出装置；粒子引出装置；真空容器真空容器(1)洛洛伦伦兹兹力力永永远远不不做做功功，磁磁场场的的作作用用是是让让带带电电粒粒子子“转圈圈转圈圈”，电场的作用是加速带电粒子，电场的作用是加速带电粒子(2)两两D形形盒盒窄窄缝缝所所加加的的是是与与带带电电粒粒子子做做匀匀速速圆圆周周运运动动周周期期相相同同的的交交流流
11、电电，且且粒粒子子每每次次过过窄窄缝缝时时均均为为加加速速电电压压. 在在圆圆柱柱形形区区域域里里，有有磁磁感感应应强强度度为为B的的匀匀强强磁磁场场，磁磁场场的的横横截截面面是是半半径径为为r的的圆圆质质量量为为m、电电荷荷量量为为q的的带带电电粒粒子子，以以初初速速度度v0沿沿垂垂直直指指向向圆圆柱柱轴轴线线的的方方向向从从A点点射射入入匀匀强强磁磁场场中中，从从B点点离离开开磁磁场场，如如图图1所所示示求求带带电电粒粒子子离离开开磁磁场场时时的的速速度度方方向向与与射射入入磁磁场场时时的的速速度度方向间的偏向角方向间的偏向角解 题 方 法 指 导对应学生用书对应学生用书P98【答案答案】
12、见解析见解析【方法总结方法总结】带带电电粒粒子子在在匀匀强强磁磁场场中中做做匀匀速速圆圆周周运运动动的的解解题题方方法法三步法：三步法：(1)画画轨轨迹迹：即即确确定定圆圆心心，几几何何方方法法求求半半径径并并画画出出轨轨迹迹(2)找找联联系系：轨轨道道半半径径与与磁磁感感应应强强度度、运运动动速速度度相相联联系系，偏偏转转角角度度与与圆圆心心角角、运运动动时时间间相相联联系系，在在磁磁场场中中运运动的时间与周期相联系动的时间与周期相联系(3)用用规规律律：即即牛牛顿顿第第二二定定律律和和圆圆周周运运动动的的规规律律，特特别是周期公式、半径公式别是周期公式、半径公式(2013雅安高二检测雅安高
13、二检测)用用磁磁场场可可以以约约束束带带电电粒粒子子的的轨轨迹迹，如如图图所所示示，宽宽d2 cm的的有有界界匀匀强强磁磁场场的的横横向向范范围围足足够够大大，磁磁感感应应强强度度方方向向垂垂直直纸纸面面向向里里，B1 T现现有有一一带带正正电电的的粒粒子子从从O点点以以v2106 m/s的的速速度度沿沿纸纸面面垂垂直直边边界界进进入入磁磁场场粒粒子子的的电电荷量荷量q1.61019C，质量，质量m3.21027 kg.求：求：(1)粒子在磁场中运动的轨道半径粒子在磁场中运动的轨道半径R；(2)粒子在磁场中运动的时间粒子在磁场中运动的时间t.S为为电电子子源源，它它只只能能在在如如图图所所示示
14、的的纸纸面面上上360范范围围内内发发射射速速率率相相同同、质质量量为为m、电电荷荷量量为为e的的电电子子MN是是块块足足够够大大的的竖竖直直挡挡板板，与与S的的水水平平距距离离OSL，挡板左侧有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为挡板左侧有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B.求：求：【方法总结方法总结】解解决决此此类类问问题题的的关关键键是是找找准准临临界界点点，找找临临界界点点的的方方法法是是：以以题题目目中中的的“恰恰好好”“最最大大”“至至少少”等等词词语语为为突突破破点点，挖挖掘掘隐隐含含条条件件，分分析析可可能能的的情情况况，必必要要时时画画出出几几个个不不同同半半径径或或不不
15、同同圆圆心心的的圆圆的的轨轨迹迹，这这样样就就能能顺顺利利地地找到临界条件找到临界条件 如如图图1所所示示，真真空空区区域域有有宽宽度度为为L、磁磁感感应应强强度度为为B的的匀匀强强磁磁场场，磁磁场场方方向向如如图图所所示示，MN、PQ是是磁磁场场的的边边界界质质量量为为m、电电荷荷量量为为q的的粒粒子子先先后后两两次次沿沿着着与与MN夹夹角角为为30的的方方向向垂垂直直磁磁感感线线射射入入磁磁场场中中，第第一一次次粒粒子子刚刚好好没没能能从从PQ边边界界射射出出磁磁场场，第第二二次次粒粒子刚好垂直子刚好垂直PQ边界射出磁场边界射出磁场(不计粒子重力的影响不计粒子重力的影响)求：求：(1)粒粒
16、子子第第一一次次射射入入磁磁场场的的速速度度及及在在磁磁场场中中运运动动的的时时间；间；(2)粒粒子子第第二二次次射射入入磁磁场场的的速速度度及及在在磁磁场场中中运运动动的的时时间间 回回旋旋加加速速器器是是用用来来加加速速一一群群带带电电粒粒子子使使它它们们获获得得很很大大动动能能的的仪仪器器，其其核核心心部部分分是是两两个个D形形金金属属扁扁盒盒，两两盒盒分分别别和和一一高高频频交交流流电电源源两两极极相相接接，以以便便在在盒盒间间的的窄窄缝缝中中形形成成匀匀强强电电场场，使使粒粒子子每每穿穿过过狭狭缝缝时时都都得得到到加加速速，两两盒盒放放在在匀匀强强磁磁场场中中，磁磁场场方方向向垂垂直
17、直于于盒盒底底面面，粒粒子子源源置置于于盒盒的的圆圆心心附附近近，若若粒粒子子源源射射出出的的粒粒子子电电荷荷量量为为q，质质量量为为m，粒粒子子最最大大回回旋旋半半径径为为Rmax，其其运运动动轨轨迹迹如如图图所所示示问：问：(1)盒内有无电场？盒内有无电场？(2)粒子在盒内做何种运动？粒子在盒内做何种运动？(3)所加交流电频率应是多少？粒子角速度为多大？所加交流电频率应是多少？粒子角速度为多大？(4)粒粒子子离离开开加加速速器器时时速速度度为为多多大大，最最大大动动能能为为多多少少？(5)设设两两D形形盒盒间间电电场场的的电电势势差差为为U，盒盒间间距距离离为为d，其电场均匀，求加速到上述
18、能量所需时间其电场均匀，求加速到上述能量所需时间回回旋旋加加速速器器是是加加速速带带电电粒粒子子的的装装置置，其其核核心心部部分分是是分分别别与与高高频频交交流流电电极极相相连连接接的的两两个个D形形金金属属盒盒，两两盒盒间间的的狭狭缝缝中中形形成成的的周周期期性性变变化化的的电电场场，使使粒粒子子在在通通过过狭狭缝缝时时都都能能得得到到加加速速两两D形形金金属属盒盒处处于于垂垂直直于于盒盒底底的的匀匀强强磁磁场场中中，如如图图所所示示，要要增增大大带带电电粒粒子子射射出时的动能，下列说法中正确的是出时的动能，下列说法中正确的是()A增大匀强电场间的加速电压增大匀强电场间的加速电压B增大磁场的
19、磁感应强度增大磁场的磁感应强度C减小狭缝间的距离减小狭缝间的距离D增大增大D形金属盒的半径形金属盒的半径答案：答案：BD默 读 联 想 记 忆对应学生用书对应学生用书P1001如如图图所所示示，带带负负电电的的粒粒子子以以速速度度v从从粒粒子子源源P处处射射出出，若若图图中中匀匀强强磁磁场场范范围围足足够够大大(方方向向垂垂直直纸纸面面)，则则带带电粒子的可能轨迹是电粒子的可能轨迹是()AaBbCcDd课 堂 巩 固 训 练对应学生用书对应学生用书P100解解析析：粒粒子子的的出出射射方方向向必必定定与与它它的的运运动动轨轨迹迹相相切切，故轨迹故轨迹a、c均不可能，正确答案为均不可能，正确答案
20、为B、D.答案：答案：BD2在在匀匀强强磁磁场场中中，一一个个带带电电粒粒子子做做匀匀速速圆圆周周运运动动，如如果果又又顺顺利利垂垂直直进进入入另另一一磁磁感感应应强强度度是是原原来来磁磁感感应应强强度度2倍的匀强磁场，则倍的匀强磁场，则()A粒子的速率加倍，周期减半粒子的速率加倍，周期减半B粒子速率不变，轨道半径减半粒子速率不变，轨道半径减半C粒子的速率减半，轨道半径变为原来的粒子的速率减半，轨道半径变为原来的1/4D粒子速率不变，周期减半粒子速率不变，周期减半答案：答案：BD3下下图图是是质质谱谱议议的的工工作作原原理理示示意意图图带带电电粒粒子子被被加加速速电电场场加加速速后后，进进入入
21、速速度度选选择择器器速速度度选选择择器器内内相相互互正正交交的的匀匀强强磁磁场场和和匀匀强强电电场场的的强强度度分分别别为为B和和E.平平板板S上上有有可可让让粒粒子子通通过过的的狭狭缝缝P和和记记录录粒粒子子位位置置的的胶胶片片A1A2.平平板板S下方有强度为下方有强度为B0的匀强磁场下列表述正确的是的匀强磁场下列表述正确的是()A质谱仪是分析同位素的重要工具质谱仪是分析同位素的重要工具B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C能通过狭缝能通过狭缝P的带电粒子的速率等于的带电粒子的速率等于E/BD粒粒子子打打在在胶胶片片上上的的位位置置越越靠靠近近狭狭缝缝P，粒
22、粒子子的的比比荷越小荷越小答案：答案：ABC41930年年劳劳伦伦斯斯制制成成了了世世界界上上第第一一台台回回旋旋加加速速器器，其其原原理理如如图图所所示示这这台台加加速速器器由由两两个个铜铜质质D形形盒盒D1、D2构构成，其间留有空隙，下列说法正确的是成，其间留有空隙，下列说法正确的是()A离子由加速器的中心附近进入加速器离子由加速器的中心附近进入加速器B离子由加速器的边缘进入加速器离子由加速器的边缘进入加速器C离子从磁场中获得能量离子从磁场中获得能量D离子从电场中获得能量离子从电场中获得能量解解析析：回回旋旋加加速速器器对对离离子子加加速速时时，离离子子是是由由加加速速器器的的中中心心附附
23、近近进进入入加加速速器器的的，故故选选项项A正正确确，选选项项B错错误误；离离子子在在磁磁场场中中运运动动时时，洛洛伦伦兹兹力力不不做做功功，所所以以离离子子的的能能量量不不变变，故故选选项项C错错误误；D形形盒盒D1、D2之之间间存存在在交交变变电电场场，当当离离子子通通过过交交变变电电场场时时，电电场场力力对对离离子子做做正正功功，离离子子的的能能量量增增加加，所所以以离离子子的的能能量量是是从从电电场场中中获获得得的的，故故选选项项D正确正确答案：答案：AD5(2013长长春春高高二二检检测测)如如图图所所示示的的正正方方形形盒盒子子开开有有a、b、c三三个个微微孔孔，盒盒内内有有垂垂直直纸纸面面向向里里的的匀匀强强磁磁场场一一束束速速率率不不同同的的带带电电粒粒子子(质质量量、电电量量均均相相同同，不不计计重重力力)从从a孔孔沿沿垂垂直直磁磁感感线线方方向向射射入入盒盒中中，发发现现从从c孔孔和和b孔孔有有粒粒子子射射出出，试试分分析析下下列列问题：问题：(1)判断粒子的电性；判断粒子的电性；(2)从从b孔孔和和c孔孔射射出出的的粒粒子子速速率率之比之比v1 v2；(3)它它们们在在盒盒内内运运动动时时间间之之比比t1 t2.答案：答案：(1)负电负电(2)1 2(3)2 1
