高考物理一輪復習學案帶電粒子在勻強磁場中的運動

帶電粒子在勻強磁場中的運動【學習目標】通過實驗知道帶電粒子沿著與磁場垂直的方向射入勻強磁場會做圓周運動，圓周運動的半徑與磁感應強度的大小和入射的速度大小有關。通過理論分析知道帶電粒子沿著與磁場垂直的方向射入勻強磁場會在磁場中做圓周運動，并能用學過的知識推導出勻速圓周運動的半徑公式和周期公式。能夠用學過的知識分析、計算有關帶電粒子在勻強磁場中受力、運動問題，了解質譜儀和回旋加速器的工作原理?！緦胄抡n】用洛倫茲力演示儀展示帶電粒子在磁場中的運動軌跡，學生觀察并完成相應的填空。實驗操作軌跡特點不加磁場時給勵磁線圈通電后保持電子速度不變，改變磁感應強度保持磁感應強度不變，改變電子速度思考：為什么會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象？帶電粒子在勻強磁場中的運動(1)由于洛倫茲力的方向總與速度方向________，故洛倫茲力對粒子__________(填“做功”或“不做功”)。(2)帶電粒子的速度方向與勻強磁場方向垂直時，帶電粒子將做________運動，其向心力由______提供。則帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑r=__________，周期T=__________。【課堂練習】1、已知氚核的質量約為質子的3倍,帶正電荷,電荷量為一個元電荷;粒子即氦原子核,質量約為質子的4倍,帶正電荷,電荷量為元電荷的2倍?，F(xiàn)在質子、氚核和粒子在同一勻強磁場中做勻速圓周運動。求以下情況下它們運動半徑之比：

(1)它們的速度大小相等；

(2)它們由靜止經(jīng)過相同的加速電場加速后進入磁場。二、質譜儀：學生參考課本P100例題完成相應的填空。(1)加速：帶電粒子進入質譜儀的加速電場，由動能定理得：____________.(2)偏轉：帶電粒子進入質譜儀的偏轉磁場做勻速圓周運動，由洛倫茲力提供向心力得：____________.求解粒子運動的的半徑r=____________.思考：質譜儀的工作原理及用途？【課堂練習】2、A、B是兩種同位素的原子核,它們具有相同的電荷、不同的質量。為測定它們的質量比,使它們從質譜儀的同一加速電場由靜止開始加速,然后沿著與磁場垂直的方向進入同一勻強磁場,打到照相底片上。如果從底片上獲知A、B在磁場中運動軌跡的直徑之比是1.08:1,求A、B的質量之比。三、回旋加速器：結合以下問題閱讀課本P101回旋加速器中勻強磁場的作用是什么？交變電場的作用？最終的能量與哪些因素有關？【思考與討論】1、由于粒子運動得原來越快，如果粒子走過半圓的時間越來越短，這樣兩盒間電勢差的正負變換就要越來越快，從而造成技術上的一個難題。實際情況是這樣嗎？2、粒子每經(jīng)過一次加速，它的軌道半徑就會大一些，為什么？3、求粒子最終獲得的動能以及在磁場中運動的時間？（教師講解）【溫馨提醒】(1)回旋加速器所加高頻交流電壓的周期等于粒子圓周運動的周期且不隨粒子半徑的變化而變化。(2)粒子的最終能量與加速電壓的大小無關，由磁感應強度B和D形盒的半徑?jīng)Q定?！菊n堂練習】3、判斷下列選項是否正確(1)帶電粒子進入勻強磁場后一定做勻速圓周運動。()(2)運動電荷在勻強磁場中做圓周運動的周期與速度無關。()(3)運動電荷進入磁場后(無其他場)可能做勻速圓周運動，不可能做類平拋運動。()(4)回旋加速器的加速電壓越大，帶電粒子獲得的最大動能就越大。()(5)利用回旋加速器加速帶電粒子，要提高加速粒子的最終能量，應盡可能增大磁感應強度B和D形盒的半徑。()(6)帶電粒子做勻速圓周運動的半徑與帶電粒子進入磁場時速度的大小有關，而周期與速度、半徑都無關。()4、現(xiàn)代質譜儀可用來分析比質子重很多倍的離子，其示意圖如圖所示，其中加速電壓恒定。質子在入口處從靜止開始被加速電場加速，經(jīng)勻強磁場偏轉后從出口離開磁場。若某種一價正離子在入口處從靜止開始被同一加速電場加速，為使它經(jīng)勻強磁場偏轉后仍從同一出口離開磁場，需將磁感應強度增加到原來的12倍。此離子和質子的質量比約為（）A．144B．121C．12D．11轉動圓問題本學案以正電荷（不計重力），垂直進入磁場例一、從某離子源（不計重力），在垂直于紙面向里磁場各個方向（）發(fā)射確定速率v的正電荷，畫出圓心軌跡以及所有粒子掃過的區(qū)域。問題=1\*GB3①、設粒子在磁場中運動半徑為R若離離子源d（R<d<2R）處有一長擋板，求粒子打在擋板上的長度問題=2\*GB3②、設粒子在磁場中運動半徑為R若離離子源d（0<d<R）處有一長擋板，求粒子打在擋板上的長度問題=3\*GB3③、若離子源指向范圍內(nèi)發(fā)射速度相同為v的粒子如圖，粒子經(jīng)過的區(qū)域應為（）。練習1、若粒子入射方向在與磁場垂直的平面里，做圓周運動半徑為R，且分散在與PC夾角為θ的范圍內(nèi)，則在屏MN上被粒子打中區(qū)域的長度為

練習2、S向平行于紙面的各個方向發(fā)射出大量帶正電的同種粒子(不計粒子的重力及粒子間的相互作用)，所有粒子的初速度大小相同，經(jīng)過一段時間有大量粒子從邊界OC射出磁場.已知∠AOC=60°，從邊界OC射出的粒子在磁場中運動的最長時間等于T/2(T為粒子在磁場中運動的周期)，則從邊界OC射出的粒子在磁場中最短運動的時間為多少？練習3、在半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)，存在垂直圓面的勻強磁場。圓邊上的P處有一粒子源，沿垂直于磁場的各個方向，向磁場區(qū)發(fā)射速率均為的同種粒子，如圖所示?，F(xiàn)測得：當磁感應強度為時，粒子均從由P點開始弧長為的圓周范圍內(nèi)射出磁場；當磁感應強度為時，粒子則都從由P點開始弧長為的圓周范圍內(nèi)射出磁場。不計粒子的重力，則A．前后兩次粒子運動的軌跡半徑比為B．前后兩次粒子運動的軌跡半徑比為C．前后兩次磁感應強度的大小之比為D．前后兩次磁感應強度的大小之比為電場，磁場，重力場的復合場、組合場問題一、組合場【例題1】如圖所示，一個質量為m、電荷量為q的正離子，在D處沿圖示方向以一定的速度射入磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直紙面向里．結果離子正好從距A點為d的小孔C沿垂直于電場方向進入勻強電場，此電場方向與AC平行且向上，最后離子打在G處，而G處距A點2d(AG⊥AC)．不計離子重力，離子運動軌跡在紙面內(nèi)．求：(1)(2)離子從D處運動到G處所需時間；(3)離子到達G處時的動能．（E未知）（E未知）【例題2】如圖所示，在y＞0的空間中存在勻強電場，場強沿y軸負方向；在y＜0的空間中，存在勻強磁場，磁場方向垂直xy平面（紙面）向外。一電量為q、質量為m的帶正電的運動粒子，經(jīng)過y軸上y＝h處的點P1時速率為v0，方向沿x軸正方向；然后，經(jīng)過x軸上x＝2h處的P2點進入磁場，并經(jīng)過y軸上y＝處的P3點。不計重力。求電場強度的大小。粒子到達P2時速度的大小和方向。磁感應強度的大小。二、復合場【例題3】一個質量m＝0.1g的小滑塊，帶有q＝5×10－4C的電荷量，放置在傾角α＝30°的光滑斜面上(斜面絕緣)，斜面置于B＝0.5T的勻強磁場中，磁場方向垂直紙面向里，如圖所示，小滑塊由靜止開始沿斜面滑下，其斜面足夠長，小滑塊滑至某一位置時，要離開斜面．求：(1)小滑塊帶何種電荷？(2)小滑塊離開斜面的瞬時速度多大？(3)該斜面的長度至少多長？【例題4】在如圖所示的空間里，存在垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應強度為B＝eq\f(2πm,q).在豎直方向存在交替變化的勻強電場如圖(豎直向上為正)，電場大小為E0＝eq\f(mg,q).一傾角為θ長度足夠長的光滑絕緣斜面放置在此空間．斜面上有一質量為m，帶電量為－q的小球，從t＝0時刻由靜止開始沿斜面下滑，設第5秒內(nèi)小球不會離開斜面，重力加速度為g.求：第一秒內(nèi)小球沿斜面運動的加速度小球在第5秒末的速度(3）第