高中物理 3.6 帶電粒子在勻強磁場中的運動課件 新人教版選修31.ppt

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動的規(guī)律 特別是周期公式 半徑公式 如圖所示 兩個橫截面分別為圓形和正方形的區(qū)域內(nèi)有磁感應(yīng)強度相同的勻強磁場 圓的直徑和正方形的邊長相等 兩個電子以相同的速度分別飛入兩個磁場區(qū)域 速度方向均與磁場方向垂直 進入圓形磁場的電子初速度方向?qū)?zhǔn)圓心 進入正方形磁場的電子初速度方向垂直于邊界 從中點進入 則下面判斷正確的是 a 兩電子在兩磁場中運動時 其半徑一定相同b 兩電子在磁場中運動的時間一定不相同c 進入圓形磁場區(qū)域的電子一定先飛離磁場d 進入圓形磁場區(qū)域的電子一定不會后飛離磁場答案 ad 解析 兩個電子以相同的速度分別飛入兩個磁感應(yīng)強度相同的磁場區(qū)域 兩電子在兩磁場中運動時 其半徑一定相同 選項a正確 當(dāng)運動的軌道半徑等于圓形磁場區(qū)域的半徑時 兩電子在磁場中運動的時間都為t 4 時間相同 選項b錯誤 進入圓形磁場區(qū)域的電子不一定先飛離磁場 可能二者同時飛出磁場 進入圓形磁場區(qū)域的電子一定不會后飛離磁場 選項c錯誤 d正確 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) y 0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 答案 ac 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 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 如圖是醫(yī)用回旋加速器示意圖 其核心部分是兩個d形金屬盒 兩金屬盒置于勻強磁場中 并分別與高頻電源相連 現(xiàn)分別加速氘核 h 和氦核 he 下列說法中正確的是 a 它們的最大速度相同b 它們的最大動能相同c 它們在d形盒中運動的周期相同d 僅增大高頻電源的頻率可增大粒子的最大動能答案 ac 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b 0 5t 還有沿x軸負(fù)方向的勻強電場 場強大小為e 2n 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y h 0 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g 10m 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點得到的初速度大小 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 在平面直角坐標(biāo)系xoy中 第 象限存在沿y軸負(fù)方向的勻強電場 第 象限存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強磁場 磁感應(yīng)強度為b 一質(zhì)量為m 電荷量為q的帶正電的粒子從y軸正半軸上的m點以一定的初速度垂直于y軸射入電場 經(jīng)x軸上的n點與x軸正方向成 60 角射入磁場 最后從y軸負(fù)半軸上的p點垂直于y軸射出磁場 已知on d 如圖所示 不計粒子重力 求 1 粒子在磁場中運動的軌道半徑r 2 粒子在m點的初速度v0的大小 3 粒子從m點運動到p點的總時間t 易錯點 審題不清亂套公式導(dǎo)致錯