《2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 磁場(chǎng) 第6節(jié) 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件 新人教版選修3-1.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 磁場(chǎng) 第6節(jié) 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件 新人教版選修3-1.ppt（46頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第6節(jié) 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1.理解帶電粒子的初速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直時(shí),粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng).2.會(huì)推導(dǎo)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑、周期公式,知道它們與哪些因素有關(guān),并能熟練應(yīng)用. 3.了解質(zhì)譜儀、回旋加速器的工作原理,并以此為情景進(jìn)行有關(guān)問(wèn)題的分析、計(jì)算.,基礎(chǔ)知識(shí),核心要點(diǎn),學(xué)習(xí)效果,核心素養(yǎng),基礎(chǔ)知識(shí) 探究,教材探究,知識(shí)點(diǎn)一,帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),【問(wèn)題導(dǎo)學(xué)】,利用如圖所示洛倫茲力演示儀觀察帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn).,,答案:(1)直線;勻速圓周運(yùn)動(dòng).(2)半徑減小;半徑增大.,(1)不加磁場(chǎng)時(shí),電子束運(yùn)動(dòng)軌跡是什么樣

2、?垂直電子束運(yùn)動(dòng)方向加上勻強(qiáng)磁場(chǎng),電子束做什么運(yùn)動(dòng)? (2)保持電子束的速度不變,增大磁感應(yīng)強(qiáng)度和保持磁感應(yīng)強(qiáng)度不變,增大電子束的速度,分別看到什么現(xiàn)象?,【知識(shí)梳理】 1.運(yùn)動(dòng)條件:不計(jì)重力的帶電粒子沿著與磁場(chǎng) 的方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng). 2.洛倫茲力作用:提供帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的 ,即qvB= .,垂直,向心力,3.基本公式 (1)半徑:r= ;,(2)周期:T= ,運(yùn)動(dòng)周期跟速度 .,無(wú)關(guān),質(zhì)譜儀,知識(shí)點(diǎn)二,【問(wèn)題導(dǎo)學(xué)】,質(zhì)譜儀分析同位素的原理是什么?,,【知識(shí)梳理】 1.原理圖:如圖所示,qU,qvB,5.應(yīng)用:可以測(cè)定帶電粒子的質(zhì)量和分析 .,同位素,回旋加速器,知識(shí)點(diǎn)三,【

3、問(wèn)題導(dǎo)學(xué)】,隨著回旋加速器中帶電粒子速度的增加,縫隙處電勢(shì)差的正負(fù)改變是否越來(lái)越快,以便能使粒子在縫隙處剛好被加速?為什么?,,【知識(shí)梳理】 1.構(gòu)造圖:如圖所示.,2.核心部件:兩個(gè)半圓金屬 . 3.原理:高頻交流電流的周期與帶電粒子在D形盒中的運(yùn)動(dòng)周期 .粒子每經(jīng)過(guò)一次加速,其軌道半徑就大一些,粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期 .,D形盒,相同,不變,思考判斷,1.洛倫茲力的方向隨電荷運(yùn)動(dòng)方向的變化而變化,但無(wú)論怎樣變化,洛倫茲力的方向都與運(yùn)動(dòng)方向垂直.( ) 2.同一帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的速度越大,運(yùn)動(dòng)半徑越大,運(yùn)動(dòng)周期越小. ( ) 3.回旋加速器中,電場(chǎng)負(fù)責(zé)加速,磁場(chǎng)負(fù)責(zé)偏轉(zhuǎn),但最終獲

4、得的動(dòng)能大小與加速電壓無(wú)關(guān).( ) 4.在回旋加速器中,交變電壓的周期與帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相同.( ) 5.帶電粒子在磁場(chǎng)中受到的洛倫茲力是變力,在勻強(qiáng)電場(chǎng)中受到的力是恒力.( ),,√,√,,√,核心要點(diǎn) 突破,要點(diǎn)一,帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的勻速圓周運(yùn)動(dòng),1.軌跡圓心的兩種確定方法 (1)已知粒子運(yùn)動(dòng)軌跡上兩點(diǎn)的速度方向時(shí),作這兩速度的垂線,交點(diǎn)即為圓心.,(2)已知粒子軌跡上的兩點(diǎn)和其中一點(diǎn)的速度方向時(shí),畫出粒子軌跡上的兩點(diǎn)連線(即過(guò)這兩點(diǎn)的圓的弦),作它的中垂線,并畫出已知點(diǎn)的速度的垂線,則弦的中垂線與速度的垂線的交點(diǎn)即為圓心.,2.三種求半徑的方法 (1)根據(jù)半徑公

5、式r= 求解.,(2)根據(jù)勾股定理求解,如圖所示,若已知出射點(diǎn)相對(duì)于入射點(diǎn)側(cè)移了x,則滿足r2=d2+(r-x)2.,(3)根據(jù)三角函數(shù)求解,如圖所示,若已知出射速度方向與水平方向的夾角為θ,磁場(chǎng)的寬度為d,則有關(guān)系式r= .,3.四種角度關(guān)系 (1)速度的偏向角( )等于圓心角(α).,(2)圓心角α等于AB弦與速度方向的夾角(弦切角θ)的2倍( =α=2θ=ωt).,(4)進(jìn)出 ?.,(3)相對(duì)的弦切角(θ)相等,與相鄰的弦切角(θ′)互補(bǔ),即θ+θ′=180,如圖所示.,同一直邊界時(shí)速度方向與該直邊界的夾角相等,4.兩種求時(shí)間的方法. (1)利用圓心角求解,若求出這部

6、分圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角,則t= T.,(2)利用弧長(zhǎng)s和速度v求解,t= .,5.重要推論:在圓形磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi), ?.,沿徑向射入的粒子,必沿徑向射出,?直線邊界:進(jìn)出磁場(chǎng)具有對(duì)稱性,如圖(甲)所示.,,?圓形邊界:沿徑向射入必沿徑向射出,如圖(乙)所示.,狀元心得,【例1】 如圖所示,在xOy平面內(nèi),y≥0的區(qū)域有垂直于xOy平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,一質(zhì)量為m、帶電荷量大小為q的粒子從原點(diǎn)O沿與x軸正方向成60角方向以v0射入,粒子的重力不計(jì),求帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和帶電粒子離開磁場(chǎng)時(shí)的位置.,,?思維導(dǎo)圖?,,,答案:見(jiàn)解析,“三步法”處理帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的勻

7、速圓周運(yùn)動(dòng),,方法總結(jié),【針對(duì)訓(xùn)練1】 (2018石家莊高二期中)如圖所示,MN為兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的分界面,兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的關(guān)系為B1=2B2,一帶電荷量為+q,質(zhì)量為m的粒子從O點(diǎn)垂直MN進(jìn)入B1磁場(chǎng),則經(jīng)過(guò)多少時(shí)間它將向下再一次通過(guò)O點(diǎn)( ),B,,要點(diǎn)二 質(zhì)譜儀,【例2】 (2018天津?yàn)I海新區(qū)高二月考)質(zhì)譜儀是一種能夠把具有不同比荷(帶電粒子的電荷量和質(zhì)量之比)的帶電粒子分離開來(lái)的儀器,它的工作原理如圖所示.其中A部分為粒子速度選擇器,C部分是偏轉(zhuǎn)分離器.如果速度選擇器的兩極板間勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為E,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1.偏轉(zhuǎn)分離器區(qū)域勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2,某種帶電

8、粒子由O點(diǎn)沿直線穿過(guò)速度選擇器區(qū)域后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)分離器.求:,(1)粒子由孔進(jìn)入偏轉(zhuǎn)分離器時(shí)的速度為多大? (2)粒子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)分離器后在洛倫茲力作用下做圓周運(yùn)動(dòng)(如圖所示),在照相底片MN上的D點(diǎn)形成感光條紋,測(cè)得D點(diǎn)到O′點(diǎn)的距離為d,則該種帶電粒子帶何種電荷,該種帶電粒子的比荷 為多大?,,?思維導(dǎo)圖?,,【針對(duì)訓(xùn)練2】 (2018濟(jì)南高二檢測(cè))(多選)如圖是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖,電荷量相同的帶電粒子被加速電場(chǎng)加速后,進(jìn)入速度選擇器.速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度分別為B和E.平板S上有可讓粒子通過(guò)的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2.平板S下方有強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng).下列表

9、述正確的是( ) A.質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具 B.速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向里 C.能通過(guò)狹縫P的帶電粒子的速率等于 D.粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P,粒子的質(zhì)量越小,AD,,要點(diǎn)三 回旋加速器,1.磁場(chǎng)的作用:帶電粒子以某一速度垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后,在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng).其周期在q,m,B不變的情況下與速度和軌道半徑無(wú)關(guān),帶電粒子每次進(jìn)入D形盒都運(yùn)動(dòng)半個(gè)周期（ ）后平行電場(chǎng)方向進(jìn)入電場(chǎng)加速.如圖所示.,2.電場(chǎng)的作用:回旋加速器的兩個(gè)D形盒之間的狹縫區(qū)域存在周期性變化的且垂直于兩個(gè)D形盒正對(duì)截面的勻強(qiáng)電場(chǎng),帶電粒子經(jīng)過(guò)該區(qū)域時(shí)被加速.根據(jù)動(dòng)能定理:qU=Δ

10、Ek.,3.交變電壓的作用:為保證粒子每次經(jīng)過(guò)狹縫時(shí)都被加速,使之能量不斷提高,需 ?.,在狹縫兩側(cè)加上跟帶電粒子在D形盒中運(yùn)動(dòng)周期相同的交變電壓,粒子的最終動(dòng)能Ekm=,狀元心得,,【例3】 如圖所示,回旋加速器D形盒的半徑為R,用來(lái)加速質(zhì)量為m,電荷量為q的質(zhì)子,使質(zhì)子由靜止加速到能量為Ek,由A孔射出,求: (1)加速器中勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向和大小; (2)加速器中交變電場(chǎng)的周期; (3)設(shè)兩D形盒間的加速電壓為U,質(zhì)子每次經(jīng)電場(chǎng)加速后能量增加,加速到上述能量所需時(shí)間(不計(jì)在電場(chǎng)中的加速時(shí)間).,,?思路探究? (1)如何判斷磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向. (2)每

11、次加速質(zhì)子的動(dòng)能增加多少?每個(gè)周期加速幾次? 答案:(1)質(zhì)子帶正電,并沿逆時(shí)針運(yùn)轉(zhuǎn),用左手定則判定B的方向. (2)每次加速質(zhì)子的動(dòng)能增加量等于電場(chǎng)力做的功,所以ΔEk=qU,每個(gè)周期加速兩次.,,誤區(qū)警示,,處理回旋加速器題目易出現(xiàn)的問(wèn)題 (1)誤認(rèn)為交變電壓的周期隨粒子軌跡半徑的變化而變化,實(shí)際上交變電壓的周期是不變的. (2)誤認(rèn)為粒子的最終能量與加速電壓的大小有關(guān),實(shí)際上,粒子的最終能量由磁感應(yīng)強(qiáng)度B和D形盒的半徑?jīng)Q定,與加速電壓的大小無(wú)關(guān).,A.它們的最大速度相同 B.它們的最大動(dòng)能相同 C.它們?cè)贒形盒中運(yùn)動(dòng)的周期相同 D.僅增大高頻電源的電壓可增大粒子射出時(shí)的動(dòng)能,AC,,學(xué)習(xí)

12、效果 檢測(cè),1.(2018揚(yáng)州高二檢測(cè))在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,一個(gè)帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng),如果又順利垂直進(jìn)入另一磁感應(yīng)強(qiáng)度是原來(lái)磁感應(yīng)強(qiáng)度2倍的勻強(qiáng)磁場(chǎng),則( ) A.粒子的速率加倍,周期減半 B.粒子的速率加倍,軌跡半徑減半 C.粒子的速率不變,周期減半 D.粒子的速率減半,軌跡半徑變?yōu)樵瓉?lái)的1/4,C,,2.(2018黑龍江大慶質(zhì)檢)如圖所示,有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)邊界線SP∥MN,速率不同的同種帶電粒子從S點(diǎn)沿SP方向同時(shí)射入磁場(chǎng).其中穿過(guò)a點(diǎn)的粒子速度v1與MN垂直;穿過(guò)b點(diǎn)的粒子速度v2與MN成60角,設(shè)兩粒子從S到a,b所需時(shí)間分別為t1和t2,則t1∶t2為(重力不計(jì))( ),D,A.1∶3

13、B.4∶3 C.1∶1 D.3∶2,,解析:如圖所示,從a點(diǎn)射出的粒子對(duì)應(yīng)的圓心角為90.從b點(diǎn)射出的粒子對(duì)應(yīng)的圓心角為60.由t= T,可得t1∶t2=3∶2,選項(xiàng)D正確.,3.(2018山東臨沂質(zhì)檢)(多選)質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具,它的構(gòu)造原理如圖所示,離子源S產(chǎn)生的各種不同正離子束(速度可看做零),經(jīng)加速電場(chǎng)加速后垂直進(jìn)入有界勻強(qiáng)磁場(chǎng),到達(dá)記錄它的照相底片P上,設(shè)離子射出磁場(chǎng)的位置到入口處S1的距離為x,下列判斷正確的是( ) A.若離子束是同位素,則x越大,離子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度越小 B.若離子束是同位素,則x越大,離子質(zhì)量越小 C.只要x相同,則離子質(zhì)量一定

14、不相同 D.只要x相同,則離子的比荷一定相同,AD,,B,A.加速氚核的交流電源的周期較大,氚核獲得的最大速度也較大 B.加速氚核的交流電源的周期較大,氚核獲得的最大速度較小 C.加速氚核的交流電源的周期較小,氚核獲得的最大速度也較小 D.加速氚核的交流電源的周期較小,氚核獲得的最大速度較大,,核心素養(yǎng) 提升,(教師備用),學(xué)長(zhǎng)經(jīng)驗(yàn)分享,(多選)如圖所示,帶電粒子在真空環(huán)境中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)里按圖示徑跡運(yùn)動(dòng).徑跡為互相銜接的兩段半徑不等的半圓弧,中間是一塊薄金屬片,粒子穿過(guò)時(shí)有動(dòng)能損失.(粒子重力不計(jì)),則下列說(shuō)法正確的是( ) A.從上往下穿過(guò)金屬片 B.從下往上穿過(guò)金屬片 C.半圓徑跡abc所

15、用時(shí)間大于半圓徑跡def所用的時(shí)間 D.半圓徑跡abc所用時(shí)間等于半圓徑跡def所用的時(shí)間,AD,,【科學(xué)技術(shù)社會(huì)環(huán)境】 速度選擇器 1.簡(jiǎn)介 速度選擇器是質(zhì)譜儀的重要組成,剔除速度不同的粒子,提高檢測(cè)精度. 如圖所示平行板器件中,電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B相互垂直.具有不同水平速度的帶電粒子射入后發(fā)生偏轉(zhuǎn)的情況不同.這種裝置能把具有某一特定速度的粒子選擇出來(lái),所以叫做速度選擇器,這是質(zhì)譜儀的重要組成部分.,2.速度選擇器原理 (1)粒子受力特點(diǎn):同時(shí)受方向相反的靜電力和磁場(chǎng)力作用.,3.粒子勻速通過(guò)速度選擇器的兩種途徑 (1)速度v一定時(shí),調(diào)節(jié)E和B的大小. (2)E和B一定時(shí),調(diào)節(jié)加速電場(chǎng)電壓U的大小.,