《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(qiáng)磁場中的運(yùn)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(qiáng)磁場中的運(yùn)動課件 新人教版選修3-1.ppt（46頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、第6節(jié) 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動,【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1.理解帶電粒子的初速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直時,粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動.2.會推導(dǎo)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)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(jìn)行有關(guān)問題的分析、計(jì)算.,基礎(chǔ)知識,核心要點(diǎn),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(diǎn)一,帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)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(qiáng)磁場中的運(yùn)動實(shí)驗(yàn).,,答案:(1)直線;勻速圓周運(yùn)動.(2)半徑減小;半徑增大.,(1)不加磁場時,電子束運(yùn)動軌跡是什么樣
2、?垂直電子束運(yùn)動方向加上勻強(qiáng)磁場,電子束做什么運(yùn)動? (2)保持電子束的速度不變,增大磁感應(yīng)強(qiáng)度和保持磁感應(yīng)強(qiáng)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(yùn)動條件:不計(jì)重力的帶電粒子沿著與磁場 的方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場. 2.洛倫茲力作用:提供帶電粒子做圓周運(yùn)動的 ,即qvB= .,垂直,向心力,3.基本公式 (1)半徑:r= ;,(2)周期:T= ,運(yùn)動周期跟速度 .,無關(guān),質(zhì)譜儀,知識點(diǎn)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(diǎn)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(fù)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)動方向垂直.( ) 2.同一帶電粒子在磁場中運(yùn)動的速度越大,運(yùn)動半徑越大,運(yùn)動周期越小. ( ) 3.回旋加速器中,電場負(fù)責(zé)加速,磁場負(fù)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(yùn)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(qiáng)電場中受到的力是恒力.( ),,√,√,,√,核心要點(diǎn) 突破,要點(diǎn)一,帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的勻速圓周運(yùn)動,1.軌跡圓心的兩種確定方法 (1)已知粒子運(yùn)動軌跡上兩點(diǎn)的速度方向時,作這兩速度的垂線,交點(diǎn)即為圓心.,(2)已知粒子軌跡上的兩點(diǎn)和其中一點(diǎn)的速度方向時,畫出粒子軌跡上的兩點(diǎn)連線(即過這兩點(diǎn)的圓的弦),作它的中垂線,并畫出已知點(diǎn)的速度的垂線,則弦的中垂線與速度的垂線的交點(diǎn)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(diǎn)相對于入射點(diǎn)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(jìn)出 ?.,(3)相對的弦切角(θ)相等,與相鄰的弦切角(θ′)互補(bǔ),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(jìn)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(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,一質(zhì)量為m、帶電荷量大小為q的粒子從原點(diǎn)O沿與x軸正方向成60角方向以v0射入,粒子的重力不計(jì),求帶電粒子在磁場中運(yùn)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(qiáng)磁場中的勻
7、速圓周運(yùn)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(qiáng)磁場的分界面,兩磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)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(diǎn)垂直MN進(jìn)入B1磁場,則經(jīng)過多少時間它將向下再一次通過O點(diǎn)( ),B,,要點(diǎn)二 質(zhì)譜儀,【例2】 (2018天津?yàn)I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(qiáng)電場的電場強(qiáng)度為E,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1.偏轉(zhuǎn)分離器區(qū)域勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2,某種帶電
8、粒子由O點(diǎn)沿直線穿過速度選擇器區(qū)域后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)分離器.求:,(1)粒子由孔進(jìn)入偏轉(zhuǎn)分離器時的速度為多大? (2)粒子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)分離器后在洛倫茲力作用下做圓周運(yùn)動(如圖所示),在照相底片MN上的D點(diǎn)形成感光條紋,測得D點(diǎn)到O′點(diǎn)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(jì)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(jìn)入速度選擇器.速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場的強(qiáng)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(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)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(diǎn)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(jìn)入勻強(qiáng)磁場后,在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運(yùn)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(jìn)入D形盒都運(yùn)動半個周期（ ）后平行電場方向進(jìn)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(qiáng)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(yùn)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(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)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(jì)在電場中的加速時間).,,?思路探究? (1)如何判斷磁感應(yīng)強(qiáng)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(yùn)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(rèn)為交變電壓的周期隨粒子軌跡半徑的變化而變化,實(shí)際上交變電壓的周期是不變的. (2)誤認(rèn)為粒子的最終能量與加速電壓的大小有關(guān),實(shí)際上,粒子的最終能量由磁感應(yīng)強(qiáng)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(yùn)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(yáng)州高二檢測)在勻強(qiáng)磁場中,一個帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動,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,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(qiáng)磁場邊界線SP∥MN,速率不同的同種帶電粒子從S點(diǎn)沿SP方向同時射入磁場.其中穿過a點(diǎn)的粒子速度v1與MN垂直;穿過b點(diǎn)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(jì))( ),D,A.1∶3
13、B.4∶3 C.1∶1 D.3∶2,,解析:如圖所示,從a點(diǎn)射出的粒子對應(yīng)的圓心角為90.從b點(diǎn)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(xiàng)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(jìn)入有界勻強(qiáng)磁場,到達(dá)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(jìn)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(yàn)分享,(多選)如圖所示,帶電粒子在真空環(huán)境中的勻強(qiáng)磁場里按圖示徑跡運(yùn)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(jì)),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(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)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(diǎn):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(qiáng)磁場中的運(yùn)動課件 新人教版選修3-1.ppt
