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《鲁教版高中物理选修3-1第16讲：带电粒子在匀强磁场中的运动（教师版）》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、带电粒子在匀强磁场中的运动b大脑体操)蜒作业完成情况)&教学目标)1、理解洛伦兹力对粒子不做功。2、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时，粒子在匀磁场中做匀速圆周运动.3、会推导带电粒子在匀强磁场屮做匀速圆周运动的半径、周期公式，并会用它们解答有关问题，知道质谱仪的工作原理。4、知道回旋加速器的基本构造、工作原理、及用途。珏趣味引入),9知识梳理)1.带电粒子在匀强磁场中的运动(1)带电粒子的运动方向与磁场方向平行：做匀速直线运动。(2)带电粒子的运动方向与磁场方向垂直：粒子做匀速圆周
2、运动且运动的轨迹平面与磁场方向垂蚤轨道半径公式：2篇周期公式："器(3)带电粒子的运动方向与磁场方向成B角：粒子在垂直于磁场方向作匀速圆周运动，在平行磁场方向作匀速直线运动。叠加后粒子作等距螺旋线运动。2.质谱仪是一种十分精密的仪器，是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。3.回旋加速器：(1)使带电粒子加速的方法有：经过多次直线电场加速，直线加速器；利用电场加速和磁场的偏转作用，回旋加速。(2)回旋加速器是利用电场对电荷的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用，在较小的范围内来获得高能粒子的装置
3、。(3)为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速，使之能量不断提高，要在狭缝处加一个交变电压，产生交变电场的频率跟粒子运动的频率一致。⑷带电粒子获得的最大能量与D形盒半径有关。特色讲题目类型:质谱仪例1.如图所示，一质量为H1,电荷量为q的粒子从容器A下方小孔Si飘入电势差为U的加速电场。然后让粒子垂直进入磁感应强度为B的磁场中做匀速圆周运动，最后打到照相底片D上，如图3所示。求①粒子进入磁场时的速率；②粒子在磁场中运动的轨道半径。解析：①粒子在Si区做初速度为零的匀加速直线运动。在S2区做匀速直线
4、运动，在S3区做匀速圆周运动。由动能定理可知
5、mv2=qU确由此可解出②粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为:题目类型:回旋加速器例2.有一回旋加速器，其匀强磁场的磁感应强度为B,所加速的带电粒子质量为/〃,带电呈为q,(1)求回旋加速器所加高频交流电压的周期厂的表达式.(2)如果〃形盒半圆周的最大半径/?=0.6m,用它来加速质子，能把质子(质量刃=1.67Xl(r灯kg,电量＜7=1.6X10^0从静止加速到具有4.0X107eV的能量，求所需匀强磁场的磁感应强度〃解析：(1)粒子在磁场中做
6、圆周运动的周期，由qvB=%得&芳高频交流电压具有和粒子圆周运动同样的周期T=哼qB(2)质子在回旋加速器的磁场屮绕行到半径为最大半径斤时，mv12qvB=—,E=~/nv由以上两式，代入数据可得：〃=1.53T.答案：(1)匸今(2)1.53T题目类型:带电粒子在无界磁场中的运动例3.三种粒子；H、：H、；He,它们以下列情况垂直进入同一匀强磁场，求它们的轨道半径Z比。①具有相同速度；②具有相同动能。解析：依据qvB=my，得厂=常①v、B相同，所以r正比于中，所以口:r2：r3=1:2:3②扌
7、mv?相同，B相同，r=J器詁，所以r正比于讦，所以r2-r3=1：V2:1题目类型:带电粒子在双界磁场中的运动例4•质量为m,电荷量为q的粒子，以初速度V。垂直进入磁感应强度为B、宽度为L的匀强磁场区域，如图所示。求(1)带电粒子的运动轨迹及运动性质(2)带电粒子运动的轨道半径(3)带电粒子离开磁场电的速率(4)带电粒子离开磁场时的偏转角e(5)带电粒子在磁场中的运动时
8、'可t(6)带电粒子离开磁场时偏转的侧位移解析：⑴带电粒子作匀速圆周运动；轨迹为圆周的一部分。如图⑵根据qvB=m*可得r=可
9、詈⑶洛伦兹力对粒子不做功，所以v=v0⑷如图，根据三角形边角关系可知：sin0rmvo⑸因T=年,吋间t=^-T(e弧度为单位)qB2n⑹如图，根据三角形边角关系可知：y=R—尿二？=R(1—cosO)答案：见解析题目类型:带电粒子在单界磁场中的运动例5•如图所示，在x轴上方有匀强磁场B,—个质量为m,带电量为-q的的粒子，以速度v从0点射入磁场，()角己知，粒子重力不计，求：(1)粒子在磁场中的运动时间.(2)粒子离开磁场的位置.XXXXXXXXXXXx,XxXxXOXXX解析：可引导学生找到
10、其圆心位置，不一定要一步到位，先定性地确定其大概的轨迹，然后由几何关系确定圆心角、眩长与半径的关系.此题中有一点要提醒的是：圆心一定在过0点且与速度，垂直的一条直线上•如图mv2nmqB圆心角2IT-20,所以时间上=近兰丁=型护2irqB离开磁场的位置与入射点的距离即为弦长s=2rsin0=2mvsin0qB答案：见解析题目类型:带电粒子在圆形有界磁场中的运动例6.(2013-新课标全国卷I)如图半径为斤的圆是一圆柱形匀强磁场区域的横截而(纸而)，磁感应强度大小为〃，方向垂直于
