物理人教版（浙江版）選修3-1課件第三章磁場(chǎng)6

第三章

磁場(chǎng)6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)知識(shí)內(nèi)容

帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)考試要求必考加試

d課時(shí)要求1.掌握帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法，會(huì)推導(dǎo)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式和周期公式.2.知道質(zhì)譜儀、回旋加速器的構(gòu)造和原理.內(nèi)容索引知識(shí)探究題型探究達(dá)標(biāo)檢測(cè)知識(shí)探究1一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)學(xué)探究如圖1所示，可用洛倫茲力演示儀觀察運(yùn)動(dòng)電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)．一條直線圓答案圖1(1)不加磁場(chǎng)時(shí)，電子束的運(yùn)動(dòng)軌跡如何？加上磁場(chǎng)時(shí)，電子束的運(yùn)動(dòng)軌跡如何？(2)如果保持出射電子的速度不變，增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，軌跡圓半徑如何變化？如果保持磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，增大出射電子的速度，圓半徑如何變化？減小增大答案知識(shí)梳理1.洛倫茲力的特點(diǎn)由于洛倫茲力的方向總是與速度方向

，故洛倫茲力對(duì)粒子_______(填“做功”或“不做功”).2.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(1)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做

運(yùn)動(dòng).

提供向心力.垂直不做功勻速圓周洛倫茲力無關(guān)即學(xué)即用判斷下列說法的正誤.(1)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的帶電粒子的軌道半徑跟粒子的運(yùn)動(dòng)速率成正比.()(2)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期與軌道半徑成正比.(

)(3)運(yùn)動(dòng)電荷在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期隨速度增大而減小.(

)(4)運(yùn)動(dòng)電荷進(jìn)入磁場(chǎng)后(無其他場(chǎng))可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，不可能做類平拋運(yùn)動(dòng).(

)√××√二、質(zhì)譜儀的構(gòu)造和原理導(dǎo)學(xué)探究如圖2所示為質(zhì)譜儀原理示意圖.設(shè)粒子質(zhì)量為m、電荷量為q，加速電場(chǎng)電壓為U，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.則粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度是多大？打在底片上的位置到S3的距離多大？圖2答案解析1.質(zhì)譜儀主要由粒子源、

電場(chǎng)、

磁場(chǎng)和照相底片等幾部分組成，是測(cè)定帶電粒子質(zhì)量和分析

的重要工具.2.運(yùn)動(dòng)過程：(1)粒子經(jīng)過同一電場(chǎng)加速，由動(dòng)能定理知

＝

知識(shí)梳理加速偏轉(zhuǎn)同位素qvBqU即學(xué)即用判斷下列說法的正誤.(1)同位素經(jīng)加速電場(chǎng)加速后獲得的速度相同.(

)(2)因不同原子的質(zhì)量不同，所以同位素在質(zhì)譜儀中的半徑不同.(

)×√三、回旋加速器的工作原理導(dǎo)學(xué)探究回旋加速器中磁場(chǎng)和電場(chǎng)分別起什么作用？對(duì)交流電源的周期有什么要求？帶電粒子獲得的最大動(dòng)能由哪些因素決定？答案磁場(chǎng)的作用是使帶電粒子回旋，電場(chǎng)的作用是使帶電粒子加速.交流電源的周期應(yīng)等于帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期.當(dāng)帶電粒子速度最大時(shí)，其運(yùn)動(dòng)半徑也最大，即rm＝

，再由動(dòng)能定理得：Ekm＝

，所以要提高帶電粒子獲得的最大動(dòng)能，應(yīng)盡可能增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B和D形盒的半徑rm.1.原理如圖3所示，D1和D2是兩個(gè)中空的半圓金屬盒，它們之間有一定的電勢(shì)差U.A處粒子源產(chǎn)生的帶電粒子，在兩盒間被

.勻強(qiáng)磁場(chǎng)B與兩個(gè)D形盒面

，所以粒子在磁場(chǎng)中做

.知識(shí)梳理電場(chǎng)加速垂直勻速圓周運(yùn)動(dòng)圖32.周期：T＝

，由此看出：帶電粒子的周期與速率、半徑均無關(guān)，運(yùn)動(dòng)相等的時(shí)間(半個(gè)周期)后進(jìn)入電場(chǎng).3.帶電粒子的最大能量：由r＝

得，當(dāng)帶電粒子的速度最大時(shí)，其運(yùn)動(dòng)半徑也最大，若D形盒半徑為R，則帶電粒子的最終動(dòng)能Ekm＝

.可見，要提高加速粒子的最終能量，應(yīng)盡可能增大

和D形盒的

.4.回旋加速器交流電源的周期等于帶電粒子在磁場(chǎng)中的

.磁感應(yīng)強(qiáng)度B半徑R運(yùn)動(dòng)周期2題型探究一、帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的基本問題例1如圖4所示，MN為鋁質(zhì)薄平板，鋁板上方和下方分別有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(未畫出).一帶電粒子從緊貼鋁板上表面的P點(diǎn)垂直于鋁板向上射出，從Q點(diǎn)穿越鋁板后到達(dá)PQ的中點(diǎn)O.已知粒子穿越鋁板時(shí)，其動(dòng)能損失一半，速度方向和電荷量不變.不計(jì)重力.鋁板上方和下方的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小之比為圖4答案解析√二、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的勻速圓周運(yùn)動(dòng)帶電粒子勻速圓周運(yùn)動(dòng)問題的分析方法.(1)圓心的確定方法：兩線定一點(diǎn)①圓心一定在垂直于速度的直線上.如圖5甲所示，已知入射點(diǎn)P和出射點(diǎn)M的速度方向，可通過入射點(diǎn)和出射點(diǎn)作速度的垂線，兩條直線的交點(diǎn)就是圓心.②圓心一定在弦的中垂線上.如圖乙所示，作P、M連線的中垂線，與其中一個(gè)速度的垂線的交點(diǎn)為圓心.圖5(2)半徑的確定半徑的計(jì)算一般利用幾何知識(shí)解直角三角形.做題時(shí)一定要做好輔助線，由圓的半徑和其他幾何邊構(gòu)成直角三角形.由直角三角形的邊角關(guān)系或勾股定理求解.(3)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定例2如圖6所示，一束電荷量為e的電子以垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度B并垂直于磁場(chǎng)邊界的速度v射入寬度為d的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，穿出磁場(chǎng)時(shí)速度方向和原來的射入方向的夾角為θ＝60°，求電子的質(zhì)量和穿越磁場(chǎng)的時(shí)間.答案解析圖6過M、N作入射方向和出射方向的垂線，兩垂線交于O點(diǎn)，O點(diǎn)即電子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心，過N做OM的垂線，垂足為P，如圖所示.電子在磁場(chǎng)中的軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角為α＝θ＝60°故電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為三、質(zhì)譜儀和回旋加速器例3

(2016·浙江10月選考科目考試)如圖7所示，在x軸的上方存在垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，位于x軸下方的離子源C發(fā)射質(zhì)量為m、電荷量為q的一束負(fù)離子，其初速度大小范圍為0～v0.這束離子經(jīng)電勢(shì)差為U＝ 的電場(chǎng)加速后，從小孔O(坐標(biāo)原點(diǎn))垂直x軸并垂直磁場(chǎng)射入磁場(chǎng)區(qū)域，最后打到x軸上.在x軸上2a～3a區(qū)間水平固定放置一探測(cè)板(a＝)，離子重力不計(jì).圖7(1)求離子束從小孔O射入磁場(chǎng)后打到x軸的區(qū)間；答案解析[2a,4a]即離子恰好打在x＝2a位置即離子恰好打在x＝4a的位置離子束從小孔O射入磁場(chǎng)后打在x軸上的區(qū)間為[2a,4a].(2)調(diào)整磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，可使速度最大的離子恰好打在探測(cè)板的右端，求此時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B1.答案解析達(dá)標(biāo)檢測(cè)31.如圖8所示，水平導(dǎo)線中有電流I通過，導(dǎo)線正下方的電子初速度的方向與電流I的方向相同，則電子將A.沿路徑a運(yùn)動(dòng)，軌跡是圓B.沿路徑a運(yùn)動(dòng)，軌跡半徑越來越大C.沿路徑a運(yùn)動(dòng)，軌跡半徑越來越小D.沿路徑b運(yùn)動(dòng)，軌跡半徑越來越小1234圖8√答案解析由左手定則可判斷電子運(yùn)動(dòng)軌跡向下彎曲.又由r＝

知，B減小，r越來越大.故選B.2.處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的一個(gè)帶電粒子，僅在磁場(chǎng)力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng).將該粒子的運(yùn)動(dòng)等效為環(huán)形電流，那么此電流值A(chǔ).與粒子電荷量成正比

B.與粒子速率成正比C.與粒子質(zhì)量成正比

D.與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比1234√答案解析假設(shè)帶電粒子的電荷量為q，在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T＝

，則等效電流

故選D.3.如圖9所示，a和b帶電荷量相同，以相同動(dòng)能從A點(diǎn)射入磁場(chǎng)，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑ra＝2rb，則(重力不計(jì))√答案解析1234圖912344.如圖10所示，正方形容器處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一束電子從孔a垂直于磁場(chǎng)沿ab方向射入容器中，其中一部分從c孔射出，一部分從d孔射出，容器處于真空中.則下列結(jié)論中正確的是A.從兩孔射出的電子速率之比v