带电粒子在磁场中的运动学案.docx

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1、带电粒子在匀强磁场中的运动 学案1课前自主学司自主学习教材 独立思考问题一、带电粒子在匀强磁场中的运动i.洛伦兹力不改变带电粒子速度的，或者说,洛伦兹力对带电粒子不.2.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.,洛伦兹力方向总与速度方 向垂直,正好起到了.的作用.公式:=m（1）半径:r=.*周期:T=.二、质谱仪和回旋加速器1 .质谱仪（）原理图:如图所示加速带电粒子进入质谱仪的加速电场,由动能定理得:=mv2。（3）偏转带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力:阳由两式可以求出粒子的半径、等.其中由k=可知电荷量相同时,半径将随.变化.6）质谱仪的应用

2、:可以测定带电粒子的质量和分析2 .回旋加速器接交流电源U构造图:如图所示回旋加速器的核心部件是两个一.周期:粒子每经过一次加速,其轨道半径就大一些,粒子绕圆周运动的周期最大动能:的qvB=和Ek= mV2得Ek=，当x=R时，有最大动能km =R为D形盒的半径），即粒子在回旋加速器中获得的最大动能与q、m、B、R有关,与加速电压无关.核心知识探究分析问题情境提炼核心要点一、带电粒子在匀强磁场中的运动问题情境太阳发射 的带电粒子以3001 000切2/s的速度扫过太阳系，形成了 “太 阳风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生偏转 （如图3所示），避免了地球上的生命受到带电粒子

3、的辐射.当“太阳风”的 带电粒子被地磁场拉向两极时，带电粒子的轨迹为什么呈螺旋形？1 .带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的原因是什么？2 .带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期分别与哪些因素有关？3 .质谱仪的工作原理是什么？要点提炼1 .洛伦兹力对运动的带电粒子不做功.2 .沿着与磁场的方向射入磁场的带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动.3 .带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径r=,周期=二、回旋加速器问题情境1 .回旋加速器主要由哪几部分组成？2 .回旋加速器的原理是怎样的？3 .带电粒子经回旋加速器获得的速度与哪些物理量有关？问题延伸1.粒子在。形盒中运动的轨道半径，每次

4、都不相同，但周期均2两。形盒间所加交流电压的周期与带电粒子做匀速圆周运动的周期是的.解题方法探究师生互动探究总结规律方法例1图所示为带电粒子不计重力)在匀强磁场中的运动轨迹.中央是一块金属薄 板,粒子穿过金属板时有动能损失.则()A.粒子带负电B.粒子的运动路径是abcdeC.粒子的运动路径是次自aD.粒子在下半周的运动时间比上半周运动的时间长变式训练1有三个粒子a、b、c(不计重力以相同的速度垂直射入匀强磁场中, 运动轨迹如图所示，其中 1粒子做直线运动,则a粒子带 电,b粒子.电,c粒子带.电.例2两个带异种电荷的粒子以同一速度从同一位置垂直磁场边界进入匀强磁场，如图所示,在磁场 中它们的

5、轨迹均为半个圆周,粒子号的轨迹半径为r,粒子B的轨迹半径xx x x x 为且段=2口，卬分别是它们的电荷量.W A粒子带 电、B ./x x rz/x x粒子带电;它们的比荷之比为：=；它们的运动时Z 丫/ 间之比为tl / t2 =点拨提升 本题考查了带电粒子在磁场中的运动，比荷相同的带电粒子在同一匀强磁场中的运动周期相同.求运动时间的一般方法是求 周期，再看运动轨迹所占整个圆周的比例，或由圆心角a得t=T. 应用了比较与分类的方法.变式训练2质子和a粒子以相同的速率在同一匀强磁场中做匀速圆周运动,轨道半径分别为a和Ra，周期分别为Tp和心,则下列选项正确的是1 )A.母；七=1 ；2,

6、Tp ：Ta=l ：2B. R ；R=1Tp ；葭=1 C. RJRa=l Tp ：Ta=i /2D. R ；&=1 ；2, Tp:底=1例如图所示,两块长度均为5Q的金属板,相距Q平行放置.下板接地,两板间有垂直纸面向里的粒子先经过a点,再经过b点匀强磁场.一束宽为Q的电子束从两板左侧垂直磁场方向射入两板间.设电子的质量为电荷量为 e,入射速度为no.要使电子不会从两板间射出,求匀强磁场的磁感应强度B满足的条件.变式训练3如图所示,在yQ的区域存在匀强磁场,磁场方向垂直式3平面并指向纸外,磁感应 强度为B.一带正电的粒子以速度vo从。点射入磁场,入射方向在xUy平面内,与x轴正方向的夹角为6

7、若粒子射出磁场的位置与0点的距离为1,求该粒子的比荷.【即学即练】1.电子在匀强磁场中做匀速圆周运动,下列说法正确的是()A,速率越大,周期越大B.速率越小,周期越大C.速度方向与磁场方向平行D.速度方向与磁场方向垂直2.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.图所示是在有匀强磁场的云室 中观察到的粒子的轨迹,a和6是轨迹上的两点,匀强磁场B垂直纸面向里.该粒子在运动时,其质 量和电荷量不变,而动能逐渐减少.下列说法正确的胤 )1,B.粒子先经过七点,再经过a点x/ x x xC.粒子带负电/x xBxD.粒子带正电13.在回旋加速器中,带电粒子在D形盒内经过半个圆周所需的时

8、间t与下列物理量无关的是()A,带电粒子的质量和电荷量B.带电粒子的速度C.加速器的磁感应强度D.带电粒子运动的轨道半径4.质子和a粒子分别经电压为2000 V和4000 V的电场加速后,进入同一匀强磁场中做匀速圆周运 动,则它们的周期比是()A.1 /2B.1C.2 ； 1D.1 ；4参考答案课前自主学习一、,大小 做功2.匀速圆周运动 向心力qvB (1)(2)二L(2)qU (3)qvB (4)质量m比荷质量同位素ZQ)D形盒3不变(3)核心知识探究问题情境.见课本P992 .由L 和=知带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径与其质量、电荷量及进入磁场的速度有关;周期与其质量和电荷量有

9、关.3 .带电粒子先经加速电场加速,后经速度选择器,然后进入匀强磁场做匀速圆周运动,最后打到照 相底片上要点提炼2.垂直3.二、问题情境1 .核心部件是两个D形金属盒2 .见课本Pioi3 .决定粒子射出D形盒时最大速率%四的因素当粒子从D形盒边缘被引出时,最后半圆应满足qymax B =,即Nmax =(R为。形盒的半径).由上式可以看出，要增大粒子射出的速率V 就要增大磁场的磁感应强度B以及D形盒的半径R, 而与加速电压2的大小无关(UNO).问题延伸,相同2.相同解题方法探究例1 AC粒子穿过金属板时动能有损失，速度变小.由r=知，粒子在穿过金属板以后运动半径 变小，由此可判定粒子的运动

10、路径是edcba.由粒子的运动路径，且洛伦兹力方向沿半径指向圆心，运 用左手定则可判知粒子带负电.粒子在同一磁场中上、下两个半周运动速度大小虽然不同，但周期相 同，在上、下两个半周运动时间各为半个周期，时间相等.变式训练1负不带正例2正负2 ： 1 ；2解析 由图可知粒子A、B进入磁场时所受洛伦兹力方向分别向左和向右，由左手定则可知它们分别带正电和负电；由半径公式r二知，因v和B相等，半径之比口；:所以比荷之比为 :=2；1；由周期公式T二 ,可知Ti；T2=1；2,两粒子均运动半个周期，所以二1 ；2.变式训练2 A质子()和。粒子(e)所带电荷量之比加；qxl ；2,质量之比=1 ；4 .

11、由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律有：R=，T二,粒子速率相同，代入q、m可得二1；2, Tp；Ta=l；2,故选项/正确.例 3 VB解析 粒子不从两侧飞，即不从同一侧飞，也不从另一侧飞，这是两个边界条件或说是两个临界条件.如图所示，不从左侧飞，则电子做圆周运动的最小半径R2=；不从另一侧飞，设电子 做圆周运动的最大半径为R1.欲使电子不飞 极板，电子运动的半径R应满足的关系式为R2RRi.由几何知识可得R =(Ri-d)2 + (5d)2,解得 Ri = 13d.又因带电粒子在磁场中做匀速圆周运动时，半径r=，则有R二 将以上R2、R代入R2RRi,可得B满足的条件是 B变式训练3

12、X解析 如图所示，带正电粒子射入磁场后，出亍曼利泊此幽力的作用，粒子将沿图示的轨迹运动后， 从A点射 磁场，0、A间距离为L粒子射 时速度的大小仍为V0,射 方向与x轴的夹角仍为。.根 据洛伦兹力公式和牛顿定律有：qvoB=m根据几何关系有：=rsin0联立解得：= 即学即练1. D由T= 可知，选项/、8错误，做匀速圆周运动时，速度方向与磁场方向垂直，选项。正 确.2. AC由可知，粒子的动能越小，做圆周运动的半径越小，结合粒子运动轨迹可知，粒子先 经过a点，再经过b点，选项4正确.根据左手定则可以判断粒子带负电，选项。正确.3. BD t=.4. A带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的周期T二 ，在同一磁场中只与粒子的比荷有关：二