1、高中物理选修3-1浙江专版第三章 磁场学案6 带电粒子在匀强磁场中的运动学习目标知识储备学习探究典例精析自我检测课堂小结123学案6 带电粒子在匀强磁场中的运动理解带电粒子沿着与磁场垂直的方向进入匀强磁场后做匀速圆周运动.会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式和周期公式，并会用这些公式分析问题.知道质谱仪和回旋加速器的结构及其工作原理一、带电粒子在匀强磁场中的运动1 垂直 不做功 不变 不变 匀速圆周2 质量同位素二、回旋加速器1 多次(多级)磁场电场2 匀强磁场B磁场正负加速 反向学习目标知识储备学习探究典例精析自我检测课堂小结学案6 带电粒子在匀强磁场中的运动2qUm1B2mU
2、q一、带电粒子在匀强磁场中的运动如图所示，可用洛伦兹力演示仪观察运动电子在磁场中的偏转(1)不加磁场时，电子束的运动轨迹如何？加上磁场时，电子束的运动轨迹如何？(2)如果保持出射电子的速度不变，增大磁感应强度，轨迹圆半径如何变化？如果保持磁感应强度不变，增大出射电子的速度，圆半径如何变化？答案(1)一条直线 一个圆周(2)减小 增大学习目标知识储备学习探究典例精析自我检测课堂小结学案6 带电粒子在匀强磁场中的运动要点提炼沿着与磁场垂直的方向射入磁场中的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动.向心力为洛伦兹力 FqvB，由 qvBmv2r 可知半径 rmvBq，又 T2rv，所以 T2mBq.延伸
3、思考 由 rmvBq知同一带电粒子，在同一匀强磁场中，半径 r 会随着速度的增大而增大，它的周期也会随着速度的增大而增大吗？学习目标知识储备学习探究典例精析自我检测课堂小结学案6 带电粒子在匀强磁场中的运动二、回旋加速器1回旋加速器主要由哪几部分组成？回旋加速器中磁场和电场分别起什么作用？答案 两个D形盒、强电磁铁、交变电源、粒子源、引出装置等磁场的作用是使带电粒子回旋，电场的作用是使带电粒子加速2对交流电源的周期有什么要求？带电粒子获得的最大动能由哪些因素决定？学习目标知识储备学习探究典例精析自我检测课堂小结学案6 带电粒子在匀强磁场中的运动答案 交流电源的周期应等于带电粒子在磁场中运动的周
4、期.当带电粒子速度最大时，其运动半径也最大，即 rmmvmBq，再由动能定理得：Ekmq2B2r2m2m，所以要提高带电粒子获得的最大动能，应尽可能增大磁感应强度B 和 D 形盒的半径 rm.要点提炼1回旋加速器中交流电源的周期等于带电粒子在磁场中运动的周期延伸思考为什么带电粒子加速后的最大动能与加速电压无关呢？答案 加速电压高时，粒子在加速器中旋转的圈数较少，而加速电压低时,粒子在加速器中旋转的圈数较多,最终粒子离开加速器时的速度与加速电压无关.学习目标知识储备学习探究典例精析自我检测课堂小结学案6 带电粒子在匀强磁场中的运动三、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动问题的分析1圆心的确定方法：
5、两线定一点(1)圆心一定在垂直于速度的直线上如图甲所示，已知入射点P(或出射点M)的速度方向，可通过入射点和出射点作速度的垂线，两条直线的交点就是圆心(2)圆心一定在弦的中垂线上如图乙所示，作P、M连线的中垂线，与其中一个速度的垂线的交点为圆心OO学习目标知识储备学习探究典例精析自我检测课堂小结学案6 带电粒子在匀强磁场中的运动2半径的确定半径的计算一般利用几何知识解直角三角形做题时一定要做好辅助线，由圆的半径和其他几何边构成直角三角形3粒子在磁场中运动时间的确定学习目标知识储备学习探究典例精析自我检测课堂小结学案6 带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在磁场中运动的基本问题例1 带电荷量为
6、q的电荷，从静止开始经过电压为U的电场加速后，垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，其轨道半径为R，则电荷的()ACD学习目标知识储备学习探究典例精析自我检测课堂小结学案6 带电粒子在匀强磁场中的运动方法点拨 本例题中，电荷的质量和速率均为未知量，利用加速电场可求得电荷的动能，电荷轨迹半径公式中同时含有速度和质量两个未知量，结合动能表达式的形式，适当进行变换，消除一个未知量，求得另一个未知量.k2k 0,1,2qUEEqUmvmRqBv二、对质谱仪和回旋加速器原理的理解例2 如图是质谱仪的工作原理示意图，带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器速度选择器内相互正交的匀强磁场的磁感应强度和匀强电场
7、的场强分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场下列表述正确的是()A质谱仪是分析同位素的重要工具B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/BD粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小qEqvBqvBEq,得：v=E/BABC学习目标知识储备学习探究典例精析自我检测课堂小结学案6 带电粒子在匀强磁场中的运动例3 回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒内的狭缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝时都
8、得到加速，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为Rmax.求：(1)粒子在盒内做何种运动；(2)所加交变电流频率及粒子角速度；(3)粒子离开加速器时的最大速度及最大动能解析(1)带电粒子在盒内做匀速圆周运动，每次加速之后半径变大学习目标知识储备学习探究典例精析自我检测课堂小结学案6 带电粒子在匀强磁场中的运动方法点拨 回旋加速器中粒子每旋转一周被加速两次，粒子射出时的最大速度(动能)由磁感应强度和D形盒的半径决定，与加速电压无关.三、带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题例4 如图所示，一束电
9、荷量为e的电子以垂直于磁感应强度B并垂直于磁场边界的速度v射入宽度为d的匀强磁场中，穿出磁场时速度方向和原来射入方向的夹角为60，求电子的质量和穿越磁场的时间Or已知：v，可用t=l/v求时间学习目标知识储备学习探究典例精析自我检测课堂小结学案6 带电粒子在匀强磁场中的运动2 339rldt vvv方法点拨 分析本题的关键是确定电子做匀速圆周运动的圆心，作辅助线，利用几何关系求解.带电离子在匀强磁场中的运动运动规律：应用质谱仪回旋加速器圆周运动问题分析方法：确定圆心、半径学习目标知识储备学习探究典例精析自我检测课堂小结学案6 带电粒子在匀强磁场中的运动匀速圆周运动，rmvqB，T2mqB1(带
10、电粒子在磁场中运动的基本问题)如图所示，水平导线中有电流I通过，导线正下方的电子初速度的方向与电流I的方向相同，则电子将()A沿路径a运动，轨迹是圆B沿路径a运动，轨迹半径越来越大C沿路径a运动，轨迹半径越来越小D沿路径b运动，轨迹半径越来越小带负电，大拇指的反方向是受力方向F离导线越远，B越小B学习目标知识储备学习探究典例精析自我检测课堂小结学案6 带电粒子在匀强磁场中的运动2(对回旋加速器原理的理解)在回旋加速器中()A电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋B电场和磁场同时用来加速带电粒子C磁场相同的条件下，回旋加速器的半径越大，则带电粒子获得的动能越大D同一带电粒子获得的最大动能只与交流电压的大小有关，而与交流电压的频率无关F洛永不做功AC学习目标知识储备学习探究典例精析自我检测课堂小结学案6 带电粒子在匀强磁场中的运动3(带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题)如图所示，有界匀强磁场边界线SPMN，速率不同的同种带电粒子从S点沿SP方向同时射入磁场其中穿过a点的粒子速度v1与MN垂直；穿过b点的粒子速度v2与MN成60角，设粒子从S到a、b所需时间分别为t1和t2，则t1t2为(重力不计)()A13 B43 C11 D32O1O2/2/3D学习目标知识储备学习探究典例精析自我检测课堂小结学案6 带电粒子在匀强磁场中的运动t再见
