带电粒子在匀强磁场中的运动学案(人教版选修)

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1、3.6带电粒子在匀强磁场中的运动学案1（人教版选修3-1）一、带电粒子在匀强磁场中的运动1．洛伦兹力不改变带电粒子速度的________，或者说，洛伦兹力对带电粒子不________．2．沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做______．洛伦兹力方向总与速度方向垂直，正好起到了________的作用．公式：________＝m.(1)半径：r＝______________.(2)周期：T＝______________.二、质谱仪和回旋加速器1．质谱仪(1)原理图：如图1所示图1(2)加速：带电粒子进入质谱仪的加速电场，

2、由动能定理得：________＝mv2①(3)偏转：带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力：____＝②(4)由①②两式可以求出粒子的半径r、____、____等．其中由r＝可知电荷量相同时，半径将随___变化．(5)质谱仪的应用：可以测定带电粒子的质量和分析__________．2．回旋加速器(1)构造图：如图2所示回旋加速器的核心部件是两个________．图2(2)周期：粒子每经过一次加速，其轨道半径就大一些，粒子绕圆周运动的周期_______．(3)最大动能：由qvB＝和Ek＝mv2得Ek＝_______

3、_，当r＝R时，有最大动能Ekm＝(R为D形盒的半径)，即粒子在回旋加速器中获得的最大动能与q、m、B、R有关，与加速电压无关.一、带电粒子在匀强磁场中的运动6/6[问题情境]太阳发射出的带电粒子以300～1000km/s的速度扫过太阳系，形成了“太阳风”．这种巨大的辐射经过地球时，地球的磁场使这些带电粒子发生偏转(如图3所示)，避免了地球上的生命受到带电粒子的辐射．当“太阳风”的带电粒子被地磁场拉向两极时，带电粒子的轨迹为什么呈螺旋形？1．带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的原因是什么？2．带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周

4、期分别与哪些因素有关？3．质谱仪的工作原理是什么？图3[要点提炼]1．洛伦兹力对运动的带电粒子不做功．2．沿着与磁场________的方向射入磁场的带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动．3．带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径r＝__________，周期T＝__________.二、回旋加速器[问题情境]1．回旋加速器主要由哪几部分组成？2．回旋加速器的原理是怎样的？3．带电粒子经回旋加速器获得的速度与哪些物理量有关？[问题延伸]1．粒子在D形盒中运动的轨道半径，每次都不相同，但周期均________．2．两D形盒间所加交流电压的周

5、期与带电粒子做匀速圆周运动的周期是________的.例1图4所示为带电粒子(不计重力)在匀强磁场中的运动轨迹．中央是一块金属薄板，粒子穿过金属板时有动能损失．则()图4A．粒子带负电B．粒子的运动路径是abcdeC．粒子的运动路径是edcbaD．粒子在下半周的运动时间比上半周运动的时间长变式训练1有三个粒子a、b、c(不计重力)以相同的速度垂直射入匀强磁场中，运动轨迹如图5所示，其中b粒子做直线运动，则a粒子带________________电，b粒子____电，c粒子带____________电．6/6图5例2两个带异种电荷的粒子以

6、同一速度从同一位置垂直磁场边界进入匀强磁场，如图6所示，在磁场中它们的轨迹均为半个圆周，粒子A的轨迹半径为r1，粒子B的轨迹半径为r2，且r2＝2r1，q1、q2分别是它们的电荷量．则A粒子带____电、B粒子带____电；它们的比荷之比为∶＝；它们的运动时间之比为t1∶t2＝.图6点拨：本题考查了带电粒子在磁场中的运动，比荷相同的带电粒子在同一匀强磁场中的运动周期相同．求运动时间的一般方法是求出周期，再看运动轨迹所占整个圆周的比例，或由圆心角α得t＝T.应用了比较与分类的方法．变式训练2质子(p)和α粒子以相同的速率在同一匀强磁场中做

7、匀速圆周运动，轨道半径分别为Rp和Rα，周期分别为Tp和Tα，则下列选项正确的是()A．Rp∶Rα＝1∶2，Tp∶Tα＝1∶2B．Rp∶Rα＝1∶1，Tp∶Tα＝1∶1C．Rp∶Rα＝1∶1，Tp∶Tα＝1∶2D．Rp∶Rα＝1∶2，Tp∶Tα＝1∶1例3如图7所示，两块长度均为5d的金属板，相距d平行放置．下板接地，两板间有垂直纸面向里的匀强磁场．一束宽为d的电子束从两板左侧垂直磁场方向射入两板间．设电子的质量为m，电荷量为e，入射速度为v0.要使电子不会从两板间射出，求匀强磁场的磁感应强度B满足的条件．图7变式训练3如图8所示，在y

8、＜0的区域存在匀强磁场，磁场方向垂直xOy平面并指向纸外，磁感应强度为B.一带正电的粒子以速度v0从O点射入磁场，入射方向在xOy平面内，与x轴正方向的夹角为θ.若粒子射出磁场的位置与O点的距离为l，求该粒