物理3.6《帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》學(xué)案（新人教版選修3-1）（2011高考）

選修31第三章3.6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課前預(yù)習(xí)學(xué)案一、預(yù)習(xí)目標(biāo)1、知道洛倫茲力對(duì)粒子不做功。2、知道帶電粒子的初速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直時(shí)，粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。3、寫出帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑、周期公式。4、了解回旋加速器的工作原理。二、預(yù)習(xí)內(nèi)容1．帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(1)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行：做運(yùn)動(dòng)。(2)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直：粒子做運(yùn)動(dòng)且運(yùn)動(dòng)的軌跡平面與磁場(chǎng)方向。軌道半徑公式：周期公式：。(3)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向成θ角：粒子在垂直于磁場(chǎng)方向作運(yùn)動(dòng)，在平行磁場(chǎng)方向作運(yùn)動(dòng)。疊加后粒子作等距螺旋線運(yùn)動(dòng)。2．質(zhì)譜儀是一種十分精密的儀器，是測(cè)量帶電粒子的和分析的重要工具。3．回旋加速器：(1)使帶電粒子加速的方法有：經(jīng)過多次直線加速；利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用，回旋速。(2)回旋加速器是利用電場(chǎng)對(duì)電荷的加速作用和磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的偏轉(zhuǎn)作用，在的范圍內(nèi)來獲得的裝置。(3)為了保證每次帶電粒子經(jīng)過狹縫時(shí)均被加速，使之能量不斷提高，要在狹縫處加一個(gè)電壓，產(chǎn)生交變電場(chǎng)的頻率跟粒子運(yùn)動(dòng)的頻率。⑷帶電粒子獲得的最大能量與D形盒有關(guān)。三、提出疑惑課內(nèi)探究學(xué)案一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1、理解洛倫茲力對(duì)粒子不做功。2、會(huì)推導(dǎo)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑、周期公式，知道它們與哪些因素有關(guān)。3、了解回旋加速器的工作原理。二、學(xué)習(xí)過程例1三種粒子、、，它們以下列情況垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，求它們的軌道半徑之比。①具有相同速度；③具有相同動(dòng)能。例2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)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，最后打到照相底片D上，如圖3所示。求①粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速率；②粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑。解答①粒子在S1區(qū)做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。在S2區(qū)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在S3區(qū)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。由動(dòng)能定理可知EQ\F(1,2)mv2＝qU確由此可解出：v＝EQ\R(EQ\F(2qU,m))②粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為：r＝EQ\F(mv,qB)＝EQ\R(EQ\F(2mU,qB2))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∝EQ\R(EQ\F(m,q))，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。質(zhì)子數(shù)相同而質(zhì)量數(shù)不同的原子互稱為同位素。在圖4中，如果容器A中含有電荷量相同而質(zhì)量有微小差別的粒子，根據(jù)例題中的結(jié)果可知，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。這種儀器叫做質(zhì)譜議。Lv0abvLv0abvθθyRRB(1)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡及運(yùn)動(dòng)性質(zhì)(2)帶電粒子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑(3)帶電粒子離開磁場(chǎng)電的速率(4)帶電粒子離開磁場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角θ(5)帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t(6)帶電粒子離開磁場(chǎng)時(shí)偏轉(zhuǎn)的側(cè)位移解答⑴帶電粒子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)；軌跡為圓周的一部分。⑵R＝EQ\F(mv0,qB)＝EQ\F(L,sinθ)⑶v＝v0⑷sinθ＝EQ\F(L,R)＝EQ\F(qBL,mv0)⑸t＝＝EQ\F(Rθ,v0)(θ弧度為單位)⑹y＝R－EQ\R(R2－L2)＝R(1－cosθ)三、反思總結(jié)四、當(dāng)堂檢測(cè)1.兩個(gè)帶電粒子沿垂直磁場(chǎng)方向射入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，它們?cè)诖艌?chǎng)中作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑相同，且轉(zhuǎn)動(dòng)方向也相同，那么這兩粒子的情況是（）A．兩粒子的速度大小一定相同B．兩粒子的質(zhì)量一定相同C．兩粒子的運(yùn)動(dòng)周期一定相同D．兩粒子所帶電荷種類一定相同2.在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)帶電粒子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如果又順利垂直進(jìn)入另一磁感應(yīng)強(qiáng)度是原來磁感應(yīng)強(qiáng)度2倍的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則（）A．粒子的速率加倍，周期減半B．粒子的速率加倍，軌道半徑減半C．粒子的速率減半，軌道半徑變?yōu)樵瓉淼?/4D．粒子的速率不變，周期減半3.兩個(gè)粒子，帶電量相等，在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中只受磁場(chǎng)力而做勻速圓周運(yùn)動(dòng)（）A.若速率相等，則半徑一定相等B.若質(zhì)量相等，則周期一定相等C.若動(dòng)量大小相等，則半徑一定相等D.若動(dòng)量相等，則周期一定相等4.質(zhì)子（P）和α粒子（H）以相同的速度垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，它們?cè)诖怪庇诖艌?chǎng)的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，它們的軌道半徑和運(yùn)動(dòng)周期關(guān)系是()A．R:R=1:2,T:T=1:2B.R:R=2:1,T:T=1:2C.R:R=1:2,T:T=2:1D.R:R=1:4,T:T=1:45.把擺球帶電的單擺置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖所示，當(dāng)帶電擺球最初兩次經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)，相同的量是（）第7題A.小球受到的洛倫茲力B.擺線的拉力第7題C．小球的動(dòng)能D.小球的加速度6.關(guān)于回旋加速器中電場(chǎng)和磁場(chǎng)的說法中正確的是（）A.電場(chǎng)和磁場(chǎng)都對(duì)帶電粒子起加速作用B.電場(chǎng)和磁場(chǎng)是交替地對(duì)帶電粒子做功的C.只有電場(chǎng)能對(duì)帶電粒子起加速作用D.磁場(chǎng)的作用是使帶電粒子在D形盒中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)7.在回旋加速器內(nèi)，帶電粒子在半圓形盒內(nèi)經(jīng)過半個(gè)周期所需的時(shí)間與下列哪個(gè)量有關(guān)（）A.帶電粒子運(yùn)動(dòng)的速度B.帶電粒子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑C.帶電粒子的質(zhì)量和電荷量D.帶電粒子的電荷量和動(dòng)量課后練習(xí)與提高1．在回旋加速器中,下列說法不正確的是()A．電場(chǎng)用來加速帶電粒子,磁場(chǎng)則使帶電粒子回旋B．電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)用來加速帶電粒子C．在交流電壓一定的條件下,回旋加速器的半徑越大,同一帶電粒子獲得的動(dòng)能越大D．同一帶電粒子獲得的最大動(dòng)能只與交流電壓的大小有關(guān),而與交流電壓的頻率無關(guān)2．如圖所示，一導(dǎo)電金屬板置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)電流方向向上時(shí)，金屬板兩側(cè)電子多少及電勢(shì)高低，判斷正確的是（）A．左側(cè)電子較多，左側(cè)電勢(shì)較高B．左側(cè)電子較多，右側(cè)電勢(shì)較高C．右側(cè)電子較多，左側(cè)電勢(shì)較高D．右側(cè)電子較多，右側(cè)電勢(shì)較高第３題第2題第３題第2題3.一個(gè)帶正電的微粒（不計(jì)重力）穿過如圖中勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，恰能沿直線運(yùn)動(dòng)，則欲使電荷向下偏轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)采用的辦法是（）A．增大電荷質(zhì)量B．增大電荷電量C．減少入射速度D．增大磁感應(yīng)強(qiáng)度E．減少電場(chǎng)強(qiáng)度4．用同一回旋加速器分別對(duì)質(zhì)子和氚核()加速后（）A．質(zhì)子獲得的動(dòng)能大于氚核獲得的動(dòng)能B．質(zhì)子獲得的動(dòng)能等于氚核獲得的動(dòng)能C．質(zhì)子獲得的動(dòng)能小于氚核獲得的動(dòng)能D．質(zhì)子獲得的動(dòng)量等于氚核獲得的動(dòng)量5．關(guān)于回旋加速器加速帶電粒子所獲得的能量，下列說法正確的是（）A．與加速器的半徑有關(guān)，半徑越大，能量越大B．與加速器的磁場(chǎng)有關(guān)，磁場(chǎng)越強(qiáng)，能量越大C．與加速器的電場(chǎng)有關(guān)，電場(chǎng)越強(qiáng)，能量越大D．與帶電粒子的質(zhì)量和電荷量均有關(guān)，質(zhì)量和電荷量越大，能量越大6．如圖所示是粒子速度選擇器的原理圖,如果粒子所具有的速率v=E/B那么()A．帶正電粒子必須沿ab方向從左側(cè)進(jìn)入場(chǎng)區(qū),才能沿直線通過B．帶負(fù)電粒子必須沿ba方向從右側(cè)進(jìn)入場(chǎng)區(qū),才能沿直線通過C．不論粒子電性如何,沿ab方向從左側(cè)進(jìn)入場(chǎng)區(qū),都能沿直線通過第７題D．不論粒子電性如何,沿ba方向從右側(cè)進(jìn)入場(chǎng)區(qū),都能沿直線通過第７題第６題第６題7.如圖所示，a和b是從A點(diǎn)以相同的動(dòng)能射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的兩個(gè)帶等量電荷的粒子運(yùn)動(dòng)的半圓形徑跡，已知ra=2rb，則由此可知（）A．兩粒子均帶正電，質(zhì)量比ma/mb=4B．兩粒子均帶負(fù)電，質(zhì)量比ma/mb=4C．兩粒子均帶正電，質(zhì)量比ma/mb=1/4D．兩粒子均帶負(fù)電，質(zhì)量比ma/mb=1/48.如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)帶電量為q的正離子，自a點(diǎn)沿箭頭方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它沿圓軌道運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)時(shí)，突然吸收了附近的若干個(gè)電子，接著沿另一圓軌道運(yùn)動(dòng)到與a、b在一條直線上的c點(diǎn)，已知ac=ab/2.電子電量為e，由此可知，正離子吸收的電子個(gè)數(shù)為()A．B．C．D．9.如圖所示，質(zhì)量為m帶正電q的液滴，處在水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中