2017-2018學(xué)年高中物理 第三章 磁場 3.6 帶電粒子在勻強磁場中的運動學(xué)案 新人教版選修3-1

1、6帶電粒子在勻強磁場中的運動學(xué)習(xí)目標(biāo)1.根據(jù)洛倫茲力的特點,理解帶電粒子垂直進入磁場做勻速圓周運動.2.以洛倫茲力為向心力推導(dǎo)出帶電粒子在磁場中做圓周運動的半徑.3.掌握質(zhì)譜儀和回旋加速器的工作原理.自主探究1.帶電粒子沿著電場線方向飛入勻強電場,將做什么運動?2.帶電粒子垂直于電場線方向飛入勻強電場,將做什么運動?3.物體做勻速圓周運動的條件是什么?4.勻速圓周運動中向心力需要單獨受力分析嗎?若不是,那要怎樣分析?5.勻速圓周運動的向心力公式是什么?6.帶電粒子在磁場中的運動(1)洛倫茲力不改變帶電粒子速度的,或者說洛倫茲力對帶電粒子不,不改變粒子的.(2)沿著與磁場方向垂直的方向射入磁場的

2、帶電粒子,在勻強磁場中做.合作探究一、帶電粒子在勻強磁場中的運動【問題組一】1.帶電粒子沿著磁感線方向飛入勻強磁場,將做什么運動?2.帶電粒子垂直于磁感線方向飛入勻強磁場,又做什么運動呢?(1)洛倫茲力方向與速度方向什么關(guān)系?洛倫茲力做功嗎?(2)洛倫茲力對帶電粒子的運動起到什么作用?(3)洛倫茲力的大小改變嗎?方向呢?【跟蹤練習(xí)】1.電子受到怎樣的力的作用?這個力和電子的速度的關(guān)系是怎樣的?2.洛倫茲力對電子的運動有什么作用?3.洛倫茲力做功嗎?二、相關(guān)公式的推導(dǎo)【問題組二】一帶電量為q,質(zhì)量為m,速度為v的帶電粒子垂直進入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,其半徑r和周期T為多大?問題1:什么力給

3、帶電粒子做圓周運動提供向心力?問題2:向心力的計算公式是什么?問題3:(1)軌道半徑和什么因素有關(guān)?(2)帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的周期與什么有關(guān)?【討論】在勻強磁場中如果帶電粒子的運動方向不和磁感應(yīng)強度方向垂直,它的運動軌道是什么樣的曲線?【例題】如圖所示,一質(zhì)量為m,電荷量為q的粒子從容器A下方小孔S1飄入電勢差為U的加速電場,然后讓粒子垂直進入磁感應(yīng)強度為B的磁場中,最后打到底片D上. (1)粒子進入磁場時的速率;(2)求粒子在磁場中運動的軌道半徑.三、質(zhì)譜儀、回旋加速器【問題組三】閱讀教材及例題,回答以下問題:1.試述質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu).2.試述質(zhì)譜儀的工作原理.3.分析影響粒子落點位

4、置d的因素有哪些.4.若磁場確定,測出d,那么我們實際上是測出了什么?5.若磁場一定,我們控制進入的粒子具有相同的電荷量,測出d,我們可以測量有關(guān)粒子的什么信息?6.現(xiàn)代科學(xué)利用質(zhì)譜儀分析什么?【問題組四】回旋加速器1.如何保證粒子每次經(jīng)過金屬盒縫隙時都是被加速?2.從圖中我們看到,越轉(zhuǎn)圓的半徑越大,這是為什么?3.粒子的運動越來越快,也許粒子走過半圓的時間間隔越來越短,這樣兩盒間電勢差的正負(fù)變換就要越來越快,從而造成技術(shù)上的一個難題,實際情況是這樣嗎?4.粒子在半徑為R的回旋加速器中獲得的最大動能為多少?與什么因素有關(guān)?【例題】1989年初,我國投入運行的高能粒子回旋加速器可以把電子的能量加

5、速到2.8 GeV;若改用直線加速器加速,設(shè)每級的加速電壓為U=2.0105 V,則需要幾級加速?課堂檢測1.有一圓形邊界的勻強磁場區(qū)域,一束質(zhì)子流以不同的速率,由圓周上的同一點,沿半徑方向射入磁場,質(zhì)子在磁場中()A.路程長的運動時間長B.速率小的運動時間短C.偏轉(zhuǎn)角度大的運動時間長D.運動的時間有可能無限長3.三種粒子HHHe,它們以下列情況垂直進入同一勻強磁場,求它們的軌道半徑之比.(1)具有相同速度;(2)具有相同動能.3.如圖所示,一束電子流以速率v通過一個處于矩形空間的勻強磁場,速度方向與磁感線垂直.且平行于矩形空間的其中一邊,矩形空間邊長為a和a,電子剛好從矩形的相對的兩個頂點間通過,求電子在磁場中的飛行時間.4.已知回旋加速器中D形盒內(nèi)勻強磁場的磁感應(yīng)強度B=1.5 T,D形盒的