高三物理公開(kāi)課—帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1高三物理公開(kāi)課高三物理公開(kāi)課帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng) 復(fù)合場(chǎng)是指電場(chǎng)、磁場(chǎng)和重力場(chǎng)并存，或其中某兩場(chǎng)并存，或分區(qū)域存在第1頁(yè)/共16頁(yè)近五年高考試題全國(guó)卷試題統(tǒng)計(jì)：近五年高考試題全國(guó)卷試題統(tǒng)計(jì)：2007年卷年卷.25題題.22分分2007年卷年卷.25題題.20分分2008年卷年卷.25題題.22分分2009年卷年卷.26題題.21分（考多解問(wèn)題）分（考多解問(wèn)題）2009年卷年卷.25題題.18分分2010年卷年卷.26題題.21分（考臨界值問(wèn)題）分（考臨界值問(wèn)題）2010年卷年卷.26題題.21分分第2頁(yè)/共16頁(yè)知識(shí)熱點(diǎn)知識(shí)熱點(diǎn)帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電

2、粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1，加速 (1)用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)分析:a= , E= , v2-v02=2ad (2)用功能觀點(diǎn)分析:粒子只受電場(chǎng)力作用,電場(chǎng)力做的功等 于物體動(dòng)能的變化.2，偏轉(zhuǎn)（類平拋運(yùn)動(dòng)） 基本公式 運(yùn)動(dòng)時(shí)間t= (板長(zhǎng)為l,板間距離為d,板間電壓為U) 加速度 離開(kāi)電場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)量 偏轉(zhuǎn)角1若vB，帶電粒子不受洛倫茲力，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速運(yùn)動(dòng)2若vB，帶電粒子僅受洛倫茲力作用，在垂直于磁感線的平面內(nèi)以入射速度v做勻速圓周勻速圓周運(yùn)動(dòng)mqEdU2022121mvmvqU0vlmqEmFadmqU221aty2022mdvqUl00tanvatvvy20mdvqUl第3頁(yè)/共16頁(yè)應(yīng)用實(shí)例應(yīng)

3、用實(shí)例一、電場(chǎng)磁場(chǎng)分區(qū)域應(yīng)用實(shí)例一、電場(chǎng)磁場(chǎng)分區(qū)域應(yīng)用實(shí)例1電視顯像管電視顯像管 電視顯像管是應(yīng)用電子束磁偏轉(zhuǎn) 的原理來(lái)工作的，使電子束偏轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)是由兩對(duì)偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的顯像管工作時(shí)，由陰極發(fā)射電子束，利用磁場(chǎng)來(lái)使電子束偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)電視技術(shù)中的掃描，使整個(gè)熒光屏都在發(fā)光第4頁(yè)/共16頁(yè)2質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀(1)構(gòu)造：如圖所示，由粒子源、構(gòu)造：如圖所示，由粒子源、加速電場(chǎng)加速電場(chǎng)、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和和照相底片等構(gòu)成照相底片等構(gòu)成 (2)原理：電場(chǎng)加速原理：電場(chǎng)加速 磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn) 由兩式可得出需要研究的物理量，如由兩式可得出需要研究的物理量，如粒子軌道半徑、粒子質(zhì)量、比荷粒子軌道半徑、粒子質(zhì)量、比荷r

4、， m ， .qm思考：右圖為氫原子的三條質(zhì)譜線，你能思考：右圖為氫原子的三條質(zhì)譜線，你能判斷出它們分別代表誰(shuí)嗎？判斷出它們分別代表誰(shuí)嗎？第5頁(yè)/共16頁(yè)3回旋加速器回旋加速器(1)構(gòu)造：如圖所示，構(gòu)造：如圖所示，D1、D2是半圓金屬盒，是半圓金屬盒，D形盒的縫隙處形盒的縫隙處接接交流交流電源電源D形盒處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中形盒處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中（2）原理：）原理：運(yùn)動(dòng)周期運(yùn)動(dòng)周期2 mTBq2Bqfm思考：帶電粒子（思考：帶電粒子（m，q）經(jīng)回旋加速器（，）加）經(jīng)回旋加速器（，）加速后出盒速度為多少？速后出盒速度為多少？質(zhì)子和經(jīng)同一加速器加速后，出盒速度之比是質(zhì)子和經(jīng)同一加速器加速后，出盒速度之比是多少

5、？?jī)纱渭铀偎咏蛔冸妷旱念l率之比是多少？多少？?jī)纱渭铀偎咏蛔冸妷旱念l率之比是多少？粒子與粒子的運(yùn)動(dòng)速度和軌道半徑無(wú)關(guān)與粒子的運(yùn)動(dòng)速度和軌道半徑無(wú)關(guān)交變電壓的頻率交變電壓的頻率也與粒子的運(yùn)動(dòng)速度和軌道半徑無(wú)關(guān)也與粒子的運(yùn)動(dòng)速度和軌道半徑無(wú)關(guān)第6頁(yè)/共16頁(yè)二、電場(chǎng)磁場(chǎng)同區(qū)域并存應(yīng)用實(shí)例二、電場(chǎng)磁場(chǎng)同區(qū)域并存應(yīng)用實(shí)例1速度選擇器速度選擇器如圖所示，平行板中電場(chǎng)強(qiáng)度如圖所示，平行板中電場(chǎng)強(qiáng)度E的方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向互相的方向互相垂直垂直，這種裝置能把具有一定速度的粒子選擇，這種裝置能把具有一定速度的粒子選擇出來(lái)，所以叫做速度選擇器出來(lái)，所以叫做速度選擇器應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例 當(dāng)時(shí)

6、粒子作勻速直線運(yùn)動(dòng)粒子作勻速直線運(yùn)動(dòng)得：得：當(dāng)時(shí)粒子向上偏轉(zhuǎn)，得：當(dāng)時(shí)粒子向上偏轉(zhuǎn)，得：當(dāng)時(shí)粒子向下偏轉(zhuǎn)，得：當(dāng)時(shí)粒子向下偏轉(zhuǎn)，得：qEBqvqEBqvqEBqvEvBEvBEvB思考：被選出的粒子與粒子所帶電量和電性有無(wú)關(guān)系？思考：被選出的粒子與粒子所帶電量和電性有無(wú)關(guān)系？速度選擇器中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向能否改變？速度選擇器中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向能否改變？第7頁(yè)/共16頁(yè)2磁流體發(fā)電機(jī)磁流體發(fā)電機(jī)根據(jù)左手定則，如圖中的根據(jù)左手定則，如圖中的B板是發(fā)電機(jī)的正極磁流體發(fā)板是發(fā)電機(jī)的正極磁流體發(fā)電機(jī)兩極板間的距離為電機(jī)兩極板間的距離為d，等離子體速度為，等離子體速度為v，磁場(chǎng)磁感應(yīng)，磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為強(qiáng)

7、度為B，則兩極板間能達(dá)到的最大電勢(shì)差，則兩極板間能達(dá)到的最大電勢(shì)差U？Bdv第8頁(yè)/共16頁(yè)3電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)工作原理：如圖所示，圓形導(dǎo)管直徑為工作原理：如圖所示，圓形導(dǎo)管直徑為d，用，用非磁性材料非磁性材料 制成，導(dǎo)電液體在管中向左流動(dòng)，導(dǎo)電液體中的自由電制成，導(dǎo)電液體在管中向左流動(dòng)，導(dǎo)電液體中的自由電荷荷(正、負(fù)離子正、負(fù)離子)，在洛倫茲力的作用下橫向偏轉(zhuǎn)，在洛倫茲力的作用下橫向偏轉(zhuǎn)，a、b間出現(xiàn)電勢(shì)差，形成電場(chǎng)，當(dāng)自由電荷所受的（間出現(xiàn)電勢(shì)差，形成電場(chǎng)，當(dāng)自由電荷所受的（）和（）平衡時(shí)，）和（）平衡時(shí)，a、b間的電勢(shì)差就保持穩(wěn)定，間的電勢(shì)差就保持穩(wěn)定，即即UvB d4d UB電場(chǎng)力電

8、場(chǎng)力洛倫茲力洛倫茲力因此液體流量因此液體流量QSvUBqvqEqd所以所以第9頁(yè)/共16頁(yè)1. (2009廣東廣東12)圖圖5是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖帶電粒子是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖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和和E.平板平板S上上有可讓粒子通過(guò)的狹縫有可讓粒子通過(guò)的狹縫P和記錄粒子位置的膠片和記錄粒子位置的膠片A1A2.平板平板S下方有強(qiáng)度為下方有強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)下列表述正確的是的勻強(qiáng)磁場(chǎng)下列表述正確的是 ()圖圖 5 A.質(zhì)譜儀是分析同位

9、素的重要工具質(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)方向垂直紙速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外面向外 C.能通過(guò)的狹縫能通過(guò)的狹縫P的帶電粒子的速的帶電粒子的速率等于率等于E/B D.粒子打在膠片上的位置越靠近狹粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫縫P，粒子的荷質(zhì)比越小，粒子的荷質(zhì)比越小ABC小試身手小試身手第10頁(yè)/共16頁(yè)2(2009寧夏寧夏16)醫(yī)生做某些特殊手術(shù)時(shí)，利用電磁血流計(jì)來(lái)監(jiān)測(cè)通過(guò)醫(yī)生做某些特殊手術(shù)時(shí)，利用電磁血流計(jì)來(lái)監(jiān)測(cè)通過(guò)動(dòng)脈的血流速度電磁血流計(jì)由一對(duì)電極動(dòng)脈的血流速度電磁血流計(jì)由一對(duì)電極a和和b以及一對(duì)磁極以及一對(duì)磁極N和和S構(gòu)成，構(gòu)成，磁極間的磁場(chǎng)是均勻的使用時(shí)

10、，兩電極磁極間的磁場(chǎng)是均勻的使用時(shí)，兩電極a、b均與血管壁接觸，兩觸點(diǎn)均與血管壁接觸，兩觸點(diǎn)的連線、磁場(chǎng)方向和血流速度方向兩兩垂直，如圖的連線、磁場(chǎng)方向和血流速度方向兩兩垂直，如圖2所示由于血液中的所示由于血液中的正負(fù)離子隨血流一起在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，電極正負(fù)離子隨血流一起在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，電極a、b之間會(huì)有微小電勢(shì)差在之間會(huì)有微小電勢(shì)差在達(dá)到平衡時(shí)，血管內(nèi)部的電場(chǎng)可看作是勻強(qiáng)電場(chǎng)，血液中的離子所受的達(dá)到平衡時(shí)，血管內(nèi)部的電場(chǎng)可看作是勻強(qiáng)電場(chǎng)，血液中的離子所受的電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的合力為零在某次監(jiān)測(cè)中，兩觸點(diǎn)間的距離為電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的合力為零在某次監(jiān)測(cè)中，兩觸點(diǎn)間的距離為3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，兩

11、觸點(diǎn)間的電勢(shì)差為，血管壁的厚度可忽略，兩觸點(diǎn)間的電勢(shì)差為160 V，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為小為0.040 T則血流速度的近似值和電極則血流速度的近似值和電極a、b的正負(fù)為的正負(fù)為 ()A小試身手小試身手第11頁(yè)/共16頁(yè)3.回旋加速器是用于加速帶電粒子流，回旋加速器是用于加速帶電粒子流，使之獲得很大動(dòng)能的儀器，其核心部使之獲得很大動(dòng)能的儀器，其核心部分是兩個(gè)分是兩個(gè)D形金屬扁盒，兩盒分別和形金屬扁盒，兩盒分別和一高頻交流電源兩極相接，以便在盒一高頻交流電源兩極相接，以便在盒間狹縫中形成勻強(qiáng)電場(chǎng)，使粒子每次間狹縫中形成勻強(qiáng)電場(chǎng)，使粒子每次穿過(guò)狹縫都得到加速兩盒放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向

12、垂直于盒底面穿過(guò)狹縫都得到加速兩盒放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圓心附近，若粒子源射出的粒子電荷量為，粒子源置于盒的圓心附近，若粒子源射出的粒子電荷量為q、質(zhì)量為、質(zhì)量為m，粒子最大回旋半徑為，粒子最大回旋半徑為Rm，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖17所示問(wèn)：所示問(wèn)：(1)粒子在盒內(nèi)做何種運(yùn)動(dòng)？粒子在盒內(nèi)做何種運(yùn)動(dòng)？(2)粒子在兩盒間狹縫內(nèi)做何種運(yùn)動(dòng)？粒子在兩盒間狹縫內(nèi)做何種運(yùn)動(dòng)？(3)所加交變電壓頻率為多大？粒子運(yùn)動(dòng)角速度為多大？所加交變電壓頻率為多大？粒子運(yùn)動(dòng)角速度為多大？(4)粒子離開(kāi)加速器時(shí)速度為多大？粒子離開(kāi)加速器時(shí)速度為多大？(5)設(shè)兩設(shè)兩D形盒間電場(chǎng)的電勢(shì)差

13、為形盒間電場(chǎng)的電勢(shì)差為U，盒間距離為，盒間距離為d，求加速，求加速到上述能量所需的時(shí)間到上述能量所需的時(shí)間小試身手小試身手第12頁(yè)/共16頁(yè) 4.(16分分)如圖如圖12甲是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖設(shè)法使某有機(jī)化合物的氣態(tài)分子導(dǎo)入圖中的甲是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖設(shè)法使某有機(jī)化合物的氣態(tài)分子導(dǎo)入圖中的A容器，使它受到電子束轟擊，失去一個(gè)電子成為正一價(jià)的離子離子從狹縫容器，使它受到電子束轟擊，失去一個(gè)電子成為正一價(jià)的離子離子從狹縫S1以很小的速度進(jìn)入電壓為以很小的速度進(jìn)入電壓為U的加速電場(chǎng)區(qū)的加速電場(chǎng)區(qū)(初速度不計(jì)初速度不計(jì))，加速后再通過(guò)狹縫，加速后再通過(guò)狹縫S2從小孔從小孔G垂直于垂直于MN射入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是一個(gè)以直線射入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是一個(gè)以直線MN為上邊界、方向垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為為上邊界、方向垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.離子經(jīng)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)后，最終到達(dá)照相底片上的離子經(jīng)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)后，最終到達(dá)照相底片上的H點(diǎn)點(diǎn)(圖中未畫(huà)出圖中未畫(huà)出)，測(cè)得，測(cè)得G、H間的距離為間的距離為d，粒子的重力可忽略不計(jì)試求：，粒子的重力可忽略不計(jì)試求：(1)該粒子的荷質(zhì)比該粒子的荷質(zhì)比(q/m)(2)若偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為半徑為若偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為半徑為 的圓形區(qū)域，且與的圓形區(qū)域