《2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 磁場 第6節(jié) 帶電粒子在勻強磁場中的運動課件 新人教版選修3-1.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 磁場 第6節(jié) 帶電粒子在勻強磁場中的運動課件 新人教版選修3-1.ppt（46頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、第6節(jié) 帶電粒子在勻強磁場中的運動,【學(xué)習(xí)目標】 1.理解帶電粒子的初速度方向與磁感應(yīng)強度的方向垂直時,粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動.2.會推導(dǎo)帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑、周期公式,知道它們與哪些因素有關(guān),并能熟練應(yīng)用. 3.了解質(zhì)譜儀、回旋加速器的工作原理,并以此為情景進行有關(guān)問題的分析、計算.,基礎(chǔ)知識,核心要點,學(xué)習(xí)效果,核心素養(yǎng),基礎(chǔ)知識 探究,教材探究,知識點一,帶電粒子在勻強磁場中的運動,【問題導(dǎo)學(xué)】,利用如圖所示洛倫茲力演示儀觀察帶電粒子在勻強磁場中的運動實驗.,,答案:(1)直線;勻速圓周運動.(2)半徑減小;半徑增大.,(1)不加磁場時,電子束運動軌跡是什么樣
2、?垂直電子束運動方向加上勻強磁場,電子束做什么運動? (2)保持電子束的速度不變,增大磁感應(yīng)強度和保持磁感應(yīng)強度不變,增大電子束的速度,分別看到什么現(xiàn)象?,【知識梳理】 1.運動條件:不計重力的帶電粒子沿著與磁場 的方向進入勻強磁場. 2.洛倫茲力作用:提供帶電粒子做圓周運動的 ,即qvB= .,垂直,向心力,3.基本公式 (1)半徑:r= ;,(2)周期:T= ,運動周期跟速度 .,無關(guān),質(zhì)譜儀,知識點二,【問題導(dǎo)學(xué)】,質(zhì)譜儀分析同位素的原理是什么?,,【知識梳理】 1.原理圖:如圖所示,qU,qvB,5.應(yīng)用:可以測定帶電粒子的質(zhì)量和分析 .,同位素,回旋加速器,知識點三,【
3、問題導(dǎo)學(xué)】,隨著回旋加速器中帶電粒子速度的增加,縫隙處電勢差的正負改變是否越來越快,以便能使粒子在縫隙處剛好被加速?為什么?,,【知識梳理】 1.構(gòu)造圖:如圖所示.,2.核心部件:兩個半圓金屬 . 3.原理:高頻交流電流的周期與帶電粒子在D形盒中的運動周期 .粒子每經(jīng)過一次加速,其軌道半徑就大一些,粒子做圓周運動的周期 .,D形盒,相同,不變,思考判斷,1.洛倫茲力的方向隨電荷運動方向的變化而變化,但無論怎樣變化,洛倫茲力的方向都與運動方向垂直.( ) 2.同一帶電粒子在磁場中運動的速度越大,運動半徑越大,運動周期越小. ( ) 3.回旋加速器中,電場負責(zé)加速,磁場負責(zé)偏轉(zhuǎn),但最終獲
4、得的動能大小與加速電壓無關(guān).( ) 4.在回旋加速器中,交變電壓的周期與帶電粒子在磁場中做圓周運動的周期相同.( ) 5.帶電粒子在磁場中受到的洛倫茲力是變力,在勻強電場中受到的力是恒力.( ),,√,√,,√,核心要點 突破,要點一,帶電粒子在勻強磁場中的勻速圓周運動,1.軌跡圓心的兩種確定方法 (1)已知粒子運動軌跡上兩點的速度方向時,作這兩速度的垂線,交點即為圓心.,(2)已知粒子軌跡上的兩點和其中一點的速度方向時,畫出粒子軌跡上的兩點連線(即過這兩點的圓的弦),作它的中垂線,并畫出已知點的速度的垂線,則弦的中垂線與速度的垂線的交點即為圓心.,2.三種求半徑的方法 (1)根據(jù)半徑公
5、式r= 求解.,(2)根據(jù)勾股定理求解,如圖所示,若已知出射點相對于入射點側(cè)移了x,則滿足r2=d2+(r-x)2.,(3)根據(jù)三角函數(shù)求解,如圖所示,若已知出射速度方向與水平方向的夾角為θ,磁場的寬度為d,則有關(guān)系式r= .,3.四種角度關(guān)系 (1)速度的偏向角( )等于圓心角(α).,(2)圓心角α等于AB弦與速度方向的夾角(弦切角θ)的2倍( =α=2θ=ωt).,(4)進出 ?.,(3)相對的弦切角(θ)相等,與相鄰的弦切角(θ′)互補,即θ+θ′=180,如圖所示.,同一直邊界時速度方向與該直邊界的夾角相等,4.兩種求時間的方法. (1)利用圓心角求解,若求出這部
6、分圓弧對應(yīng)的圓心角,則t= T.,(2)利用弧長s和速度v求解,t= .,5.重要推論:在圓形磁場區(qū)域內(nèi), ?.,沿徑向射入的粒子,必沿徑向射出,?直線邊界:進出磁場具有對稱性,如圖(甲)所示.,,?圓形邊界:沿徑向射入必沿徑向射出,如圖(乙)所示.,狀元心得,【例1】 如圖所示,在xOy平面內(nèi),y≥0的區(qū)域有垂直于xOy平面向里的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B,一質(zhì)量為m、帶電荷量大小為q的粒子從原點O沿與x軸正方向成60角方向以v0射入,粒子的重力不計,求帶電粒子在磁場中運動的時間和帶電粒子離開磁場時的位置.,,?思維導(dǎo)圖?,,,答案:見解析,“三步法”處理帶電粒子在勻強磁場中的勻
7、速圓周運動,,方法總結(jié),【針對訓(xùn)練1】 (2018石家莊高二期中)如圖所示,MN為兩個勻強磁場的分界面,兩磁場的磁感應(yīng)強度大小的關(guān)系為B1=2B2,一帶電荷量為+q,質(zhì)量為m的粒子從O點垂直MN進入B1磁場,則經(jīng)過多少時間它將向下再一次通過O點( ),B,,要點二 質(zhì)譜儀,【例2】 (2018天津濱海新區(qū)高二月考)質(zhì)譜儀是一種能夠把具有不同比荷(帶電粒子的電荷量和質(zhì)量之比)的帶電粒子分離開來的儀器,它的工作原理如圖所示.其中A部分為粒子速度選擇器,C部分是偏轉(zhuǎn)分離器.如果速度選擇器的兩極板間勻強電場的電場強度為E,勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B1.偏轉(zhuǎn)分離器區(qū)域勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B2,某種帶電
8、粒子由O點沿直線穿過速度選擇器區(qū)域后進入偏轉(zhuǎn)分離器.求:,(1)粒子由孔進入偏轉(zhuǎn)分離器時的速度為多大? (2)粒子進入偏轉(zhuǎn)分離器后在洛倫茲力作用下做圓周運動(如圖所示),在照相底片MN上的D點形成感光條紋,測得D點到O′點的距離為d,則該種帶電粒子帶何種電荷,該種帶電粒子的比荷 為多大?,,?思維導(dǎo)圖?,,【針對訓(xùn)練2】 (2018濟南高二檢測)(多選)如圖是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖,電荷量相同的帶電粒子被加速電場加速后,進入速度選擇器.速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強磁場和勻強電場的強度分別為B和E.平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2.平板S下方有強度為B0的勻強磁場.下列表
9、述正確的是( ) A.質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具 B.速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向里 C.能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于 D.粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P,粒子的質(zhì)量越小,AD,,要點三 回旋加速器,1.磁場的作用:帶電粒子以某一速度垂直磁場方向進入勻強磁場后,在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運動.其周期在q,m,B不變的情況下與速度和軌道半徑無關(guān),帶電粒子每次進入D形盒都運動半個周期（ ）后平行電場方向進入電場加速.如圖所示.,2.電場的作用:回旋加速器的兩個D形盒之間的狹縫區(qū)域存在周期性變化的且垂直于兩個D形盒正對截面的勻強電場,帶電粒子經(jīng)過該區(qū)域時被加速.根據(jù)動能定理:qU=Δ
10、Ek.,3.交變電壓的作用:為保證粒子每次經(jīng)過狹縫時都被加速,使之能量不斷提高,需 ?.,在狹縫兩側(cè)加上跟帶電粒子在D形盒中運動周期相同的交變電壓,粒子的最終動能Ekm=,狀元心得,,【例3】 如圖所示,回旋加速器D形盒的半徑為R,用來加速質(zhì)量為m,電荷量為q的質(zhì)子,使質(zhì)子由靜止加速到能量為Ek,由A孔射出,求: (1)加速器中勻強磁場的磁感應(yīng)強度B的方向和大小; (2)加速器中交變電場的周期; (3)設(shè)兩D形盒間的加速電壓為U,質(zhì)子每次經(jīng)電場加速后能量增加,加速到上述能量所需時間(不計在電場中的加速時間).,,?思路探究? (1)如何判斷磁感應(yīng)強度的方向. (2)每
11、次加速質(zhì)子的動能增加多少?每個周期加速幾次? 答案:(1)質(zhì)子帶正電,并沿逆時針運轉(zhuǎn),用左手定則判定B的方向. (2)每次加速質(zhì)子的動能增加量等于電場力做的功,所以ΔEk=qU,每個周期加速兩次.,,誤區(qū)警示,,處理回旋加速器題目易出現(xiàn)的問題 (1)誤認為交變電壓的周期隨粒子軌跡半徑的變化而變化,實際上交變電壓的周期是不變的. (2)誤認為粒子的最終能量與加速電壓的大小有關(guān),實際上,粒子的最終能量由磁感應(yīng)強度B和D形盒的半徑?jīng)Q定,與加速電壓的大小無關(guān).,A.它們的最大速度相同 B.它們的最大動能相同 C.它們在D形盒中運動的周期相同 D.僅增大高頻電源的電壓可增大粒子射出時的動能,AC,,學(xué)習(xí)
12、效果 檢測,1.(2018揚州高二檢測)在勻強磁場中,一個帶電粒子做勻速圓周運動,如果又順利垂直進入另一磁感應(yīng)強度是原來磁感應(yīng)強度2倍的勻強磁場,則( ) A.粒子的速率加倍,周期減半 B.粒子的速率加倍,軌跡半徑減半 C.粒子的速率不變,周期減半 D.粒子的速率減半,軌跡半徑變?yōu)樵瓉淼?/4,C,,2.(2018黑龍江大慶質(zhì)檢)如圖所示,有界勻強磁場邊界線SP∥MN,速率不同的同種帶電粒子從S點沿SP方向同時射入磁場.其中穿過a點的粒子速度v1與MN垂直;穿過b點的粒子速度v2與MN成60角,設(shè)兩粒子從S到a,b所需時間分別為t1和t2,則t1∶t2為(重力不計)( ),D,A.1∶3
13、B.4∶3 C.1∶1 D.3∶2,,解析:如圖所示,從a點射出的粒子對應(yīng)的圓心角為90.從b點射出的粒子對應(yīng)的圓心角為60.由t= T,可得t1∶t2=3∶2,選項D正確.,3.(2018山東臨沂質(zhì)檢)(多選)質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具,它的構(gòu)造原理如圖所示,離子源S產(chǎn)生的各種不同正離子束(速度可看做零),經(jīng)加速電場加速后垂直進入有界勻強磁場,到達記錄它的照相底片P上,設(shè)離子射出磁場的位置到入口處S1的距離為x,下列判斷正確的是( ) A.若離子束是同位素,則x越大,離子進入磁場時速度越小 B.若離子束是同位素,則x越大,離子質(zhì)量越小 C.只要x相同,則離子質(zhì)量一定
14、不相同 D.只要x相同,則離子的比荷一定相同,AD,,B,A.加速氚核的交流電源的周期較大,氚核獲得的最大速度也較大 B.加速氚核的交流電源的周期較大,氚核獲得的最大速度較小 C.加速氚核的交流電源的周期較小,氚核獲得的最大速度也較小 D.加速氚核的交流電源的周期較小,氚核獲得的最大速度較大,,核心素養(yǎng) 提升,(教師備用),學(xué)長經(jīng)驗分享,(多選)如圖所示,帶電粒子在真空環(huán)境中的勻強磁場里按圖示徑跡運動.徑跡為互相銜接的兩段半徑不等的半圓弧,中間是一塊薄金屬片,粒子穿過時有動能損失.(粒子重力不計),則下列說法正確的是( ) A.從上往下穿過金屬片 B.從下往上穿過金屬片 C.半圓徑跡abc所
15、用時間大于半圓徑跡def所用的時間 D.半圓徑跡abc所用時間等于半圓徑跡def所用的時間,AD,,【科學(xué)技術(shù)社會環(huán)境】 速度選擇器 1.簡介 速度選擇器是質(zhì)譜儀的重要組成,剔除速度不同的粒子,提高檢測精度. 如圖所示平行板器件中,電場強度E和磁感應(yīng)強度B相互垂直.具有不同水平速度的帶電粒子射入后發(fā)生偏轉(zhuǎn)的情況不同.這種裝置能把具有某一特定速度的粒子選擇出來,所以叫做速度選擇器,這是質(zhì)譜儀的重要組成部分.,2.速度選擇器原理 (1)粒子受力特點:同時受方向相反的靜電力和磁場力作用.,3.粒子勻速通過速度選擇器的兩種途徑 (1)速度v一定時,調(diào)節(jié)E和B的大小. (2)E和B一定時,調(diào)節(jié)加速電場電壓U的大小.,
2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 磁場 第6節(jié) 帶電粒子在勻強磁場中的運動課件 新人教版選修3-1.ppt
