2019春高中物理 第3章 磁場 6 帶電粒子在勻強磁場中的運動課件 新人教版選修3-1.ppt

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第三章 磁場 6帶電粒子在勻強磁場中的運動 課前預習 1 運動軌跡 帶電粒子 不計重力 以一定的速度v進入磁感應強度為B的勻強磁場時 1 當v B時 帶電粒子將做 運動 2 當v B時 帶電粒子將做 運動 帶電粒子在勻強磁場中的運動 勻速直線 勻速圓周 2 帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動 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 洛倫茲力的作用 提供帶電粒子做圓周運動的 即qvB 3 半徑和周期公式 半徑 r 周期 T 帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的周期與粒子 和 無關 垂直 向心力 速度 運動半徑 用來分析各種元素的同位素并測量其質量及含量百分比的儀器 1 構造如圖所示 主要由以下幾部分組成 帶電粒子注射器 加速電場 U 照相底片 質譜儀 速度選擇器 B1 E 偏轉磁場 B2 qU qvB 1 構造圖 回旋加速器 2 工作原理 1 電場的特點及作用特點 兩個D形盒之間的窄縫區(qū)域存在 的電場 作用 帶電粒子經過該區(qū)域時被 2 磁場的特點及作用特點 D形盒處于與盒面垂直的 磁場中 作用 帶電粒子在洛倫茲力作用下做 運動 從而改變運動方向 周期后再次進入電場 周期性變化 加速 勻強 勻速圓周 半個 判一判 1 帶電粒子在勻強磁場中一定做勻速圓周運動 2 帶電粒子在磁場中做圓周運動時 速度越大 半徑越大 3 帶電粒子在磁場中做圓周運動時 速度越大 周期越大 4 利用質譜儀可以測定帶電粒子的質量和分析同位素 5 回旋加速器的加速電壓越高 帶電粒子獲得的最終動能越大 選一選 速率相同的電子垂直磁場方向進入四個不同的磁場 其軌跡如圖所示 則磁場最強的是 D 想一想 如圖是一臺粒子回旋加速器 它的直徑長達2km 請思考 回旋加速器直徑為什么要這樣大 課內探究 同一種帶電粒子以不同的速度垂直射入勻強磁場 只受洛倫茲力作用 其運動軌跡如圖所示 觀察圖片 請思考 這三個軌跡都是圓嗎 對應的粒子的速度大小相等嗎 提示 是圓 速度不相等v3 v2 v1 探究一帶電粒子在勻強磁場中的勻速圓周運動 1 1 兩種常見的運動情況 1 勻速直線運動 帶電粒子的速度方向與磁場方向平行 相同或相反 此時帶電粒子所受洛倫茲力為零 帶電粒子將以速度v做勻速直線運動 2 勻速圓周運動 帶電粒子垂直射入勻強磁場 由于洛倫茲力始終和運動方向垂直 因此不改變速度大小 但是不停地改變速度方向 所以帶電粒子做勻速圓周運動 洛倫茲力提供勻速圓周運動的向心力 3 有界磁場內部分圓周軌跡的分析方法 1 圓心的確定 已知入射方向和出射方向時 可通過入射點和出射點分別作垂直于入射方向和出射方向的直線 兩條直線的交點就是圓弧軌道的圓心 如圖a所示 圖中P為入射點 M為出射點 已知入射點和出射點的位置時 可以通過入射點作入射方向的垂線 連接入射點和出射點 作其中垂線 這兩條垂線的交點就是圓弧軌道的圓心 如圖b所示 圖中P為入射點 M為出射點 D 對點訓練1 2018 江西省南昌八一中學 洪都中學麻丘中學等八校高二上學期期末 如圖所示 圓形區(qū)域內有垂直紙面向里的勻強磁場 三個質量和電荷量相同的帶電粒子a b c 以不同的速率對準圓心O沿著AO方向射入磁場 其運動軌跡如圖 若帶電粒子只受磁場力的作用 則下列說法錯誤的是 A 三個粒子都帶正電荷B c粒子速率最小C a粒子在磁場中運動時間最長D 它們做圓周運動的周期Ta Tb Tc B 如圖為質譜儀原理示意圖 設粒子質量為m 電荷量為q 加速電場電壓為U 偏轉磁場的磁感應強度為B 則粒子進入磁場時的速度是多大 打在底片上的位置到S3的距離多大 探究二質譜儀 2 解題指導 解答此類問題要做到 1 對帶電粒子進行正確的受力分析和運動過程分析 2 選取合適的規(guī)律 建立方程求解 對點訓練2 2018 黑龍江省牡丹江一中高二上學期期末 如圖是質譜儀的工作原理示意圖 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下方有磁感應強度為B0的勻強磁場 下列表述錯誤的是 A 質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外C 能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于E BD 粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P 粒子的比荷越小 D 右圖是回旋加速器的原理圖 已知D形盒的半徑為R 勻強磁場的磁感應強度為B 交變電流的周期為T 若用該回旋加速器來加速質子 設質子的質量為m 電荷量為q 請思考 探究三回旋加速器 3 1 回旋加速器中磁場和電場分別起什么作用 質子每次經過狹縫時 動能的增加量是多少 2 對交流電源的周期有什么要求 3 帶電粒子獲得的最大動能由哪些因素決定 提示 1 磁場的作用是使帶電粒子回旋 電場的作用是使帶電粒子加速 動能的增加量為qU 2 交流電源的周期應等于帶電粒子在磁場中運動的周期 3 粒子的最大動能決定于磁感應強度B和D形盒的半徑R D 對點訓練3 2017 江西省九江一中高二上學期期末 1930年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器 其原理如圖所示 這臺加速器由兩個銅質D形盒D1 D2構成 其間留有空隙 下列說法正確的是 A 回旋加速器只能用來加速正離子B 離子從D形盒之間空隙的電場中獲得能量C 離子在磁場中做圓周運動的周期是加速交變電壓周期的一半D 離子在磁場中做圓周運動的周期是加速交變電壓周期的2倍 B 解析 回旋加速器可以加速正電荷 也可以加速負電荷 故A錯誤 回旋加速器利用電場加速 在磁場中速度大小不變 運用磁場偏轉 故B正確 離子在磁場中做圓周運動的周期與加速交變電壓的周期相等 故C D錯誤 故選B 素養(yǎng)提升 1 解題程序 三步法 1 畫軌跡即確定圓心 幾何方法求半徑并畫出軌跡 2 找聯(lián)系軌道半徑與磁感應強度 運動速度相聯(lián)系 偏轉角度與圓心角 運動時間相聯(lián)系 在磁場中運動的時間與周期 圓心角相聯(lián)系 3 用規(guī)律即牛頓第二定律和圓周運動的規(guī)律 特別是周期公式 半徑公式 帶電粒子在有界磁場中的運動規(guī)律 2 帶電粒子在不同邊界磁場中的運動軌跡 1 直線邊界 進出磁場具有對稱性 如圖所示 2 平行邊界 存在臨界條件 如圖所示 3 圓形邊界 沿徑向射入必沿徑向射出 如圖所示 D