高中物理人教選修31課件第3章6帶電粒子在勻強磁場中的運動

1、成才之路 物理,路漫漫其修遠(yuǎn)兮 吾將上下而求索,人教版 選修3-1,磁場,第三章,6帶電粒子在勻強磁場中的運動,第三章,美國費米實驗室的回旋加速器直徑長達2km，請你探究分析回旋加速器直徑為什么要這樣大？,帶電粒子在勻強磁場中的運動,1.洛倫茲力的特點 (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做功。 (2)洛倫茲力方向總與速度方向_，正好起到了向心力的作用。,大小,垂直,無關(guān),勻速圓周,質(zhì)譜儀,用來分析各種元素的同位素并測量其質(zhì)量及含量百分比的儀器。 1構(gòu)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,速度選擇器(B1、E),偏

2、轉(zhuǎn)磁場(B2),qU,qvB,1.構(gòu)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(jīng)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,一、帶電粒子在勻強磁場中的勻速圓周運動問題 1圓心的確定 (1)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)。,(2)已知入射點和

3、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)。,2帶電粒子在不同邊界磁場中的運動 (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),二、帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的程序解題法三步法 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(yīng)強度、運動速度相聯(lián)系，偏轉(zhuǎn)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

4、動的規(guī)律，特別是周期公式、半徑公式。,(河北正定中學(xué)20142015學(xué)年高二下學(xué)期期中) 兩個質(zhì)量相同、所帶電荷量相等的帶電粒子a、b，以不同的速率對準(zhǔn)圓心O沿著AO方向射入圓形勻強磁場區(qū)域，其運動軌跡如圖所示，若不計粒子的重力，則下列說法正確的是() Aa粒子帶負(fù)電，b粒子帶正電 Ba粒子在磁場中所受洛倫茲力較大 Cb粒子動能較大 Db粒子在磁場中運動時間較長 答案：AC,(2)電場的作用：回旋加速器兩個D形盒之間的窄縫區(qū)域存在周期性變化的并垂直于兩D形盒正對截面的勻強電場，帶電粒子經(jīng)過該區(qū)域時被加速。 (3)交變電壓：為保證帶電粒子每次經(jīng)過窄縫時都被加速，使之能量不斷提高，需在窄縫兩側(cè)加上

5、跟帶電粒子在D形盒中運動周期相同的交變電壓。,答案：ACD,如圖所示，在xOy平面內(nèi)，y0的區(qū)域有垂直于xOy平面向里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B，一質(zhì)量為m、帶電量大小為q的粒子從原點O沿與x軸正方向成60角方向以v0射入，粒子的重力不計，求帶電粒子在磁場中運動的時間和帶電粒子離開磁場時的位置。,帶電粒子在勻強磁場中的運動,質(zhì)譜儀原理如圖所示，a為粒子加速器，電壓為U1；b為速度選擇器，磁場與電場正交，磁感應(yīng)強度為B1，板間距離為d；c為偏轉(zhuǎn)分離器，磁感應(yīng)強度為B2。今有一質(zhì)量為m、電荷量為e的正電子(不計重力)，經(jīng)加速后，該粒子恰能通過速度選擇器，粒子進入分離器后做半徑為R的勻速圓周運動。求

6、：,關(guān)于質(zhì)譜儀和回旋加速器的問題,(1)粒子射出加速器時的速度v為多少？ (2)速度選擇器的電壓U2為多少？ (3)粒子在B2磁場中做勻速圓周運動的半徑R為多大？,點評：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。,(安徽黃山市20142015學(xué)年高二上學(xué)期期末)回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是兩個中空的半圓D形金屬盒，兩盒間的狹縫中加有周期性變化的電場，使粒子在通過狹縫時都能得到加速，兩個D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強磁場中，如圖所示，要增大帶電粒子射出時的動能，則下列說法中正確的是() A增大勻強電場間的加速電壓

7、 B減小磁場的磁感應(yīng)強度 C減小狹縫間的距離 D增大D形金屬盒的半徑 答案：D,如圖所示，位于豎直平面內(nèi)的坐標(biāo)系xOy，在其第三象限空間有沿水平方向的、垂直于紙面向外的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B0.5T，還有沿x軸負(fù)方向的勻強電場，場強大小為E2N/C。在其第一象限空間有沿y軸負(fù)方向的、場強大小也為E的勻強電場，并在yh0.4m的區(qū)域有磁感應(yīng)強度也為B的垂直于紙面向里的勻強磁場。一個帶電荷量為q的油滴從圖中第三象限的P點得到一初速度，恰好能沿PO作勻速直線運動(PO與x軸負(fù)方向的夾角為45)，并從原點O進入第一象限。已知重力加速度g10m/s2，問：,帶電粒子在復(fù)合場中的運動,(1)油滴在第三象限運動時受到的重力、電場力、洛倫茲力三力的大小之比，并指出油滴帶何種電荷； (2)油滴在P點得到的初速度大??； (3)油滴在第一象限運動的時間。,解析：(1)根據(jù)受力分析(如圖)可知,(湖南安化一中20142015學(xué)年高二上學(xué)期期末)如圖所示，直角坐標(biāo)系xOy位于豎直平面內(nèi)，在水平的x軸下方存在勻強磁場和勻強電場，磁場的磁感應(yīng)強度為B，方向垂直xOy平面向里，電場線平行于y軸。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電荷的小球，從y軸上的A點水平向右拋出。經(jīng)x軸上的M點進入電場和磁場，恰能做勻速圓周運動，從x軸上的