高考物理一輪復(fù)習(xí)學(xué)案帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】通過(guò)實(shí)驗(yàn)知道帶電粒子沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)會(huì)做圓周運(yùn)動(dòng)，圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和入射的速度大小有關(guān)。通過(guò)理論分析知道帶電粒子沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)會(huì)在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，并能用學(xué)過(guò)的知識(shí)推導(dǎo)出勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式和周期公式。能夠用學(xué)過(guò)的知識(shí)分析、計(jì)算有關(guān)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受力、運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，了解質(zhì)譜儀和回旋加速器的工作原理?！緦?dǎo)入新課】用洛倫茲力演示儀展示帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡，學(xué)生觀察并完成相應(yīng)的填空。實(shí)驗(yàn)操作軌跡特點(diǎn)不加磁場(chǎng)時(shí)給勵(lì)磁線圈通電后保持電子速度不變，改變磁感應(yīng)強(qiáng)度保持磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，改變電子速度思考：為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象？帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(1)由于洛倫茲力的方向總與速度方向________，故洛倫茲力對(duì)粒子__________(填“做功”或“不做功”)。(2)帶電粒子的速度方向與勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，帶電粒子將做________運(yùn)動(dòng)，其向心力由______提供。則帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r=__________，周期T=__________?！菊n堂練習(xí)】1、已知氚核的質(zhì)量約為質(zhì)子的3倍,帶正電荷,電荷量為一個(gè)元電荷;粒子即氦原子核,質(zhì)量約為質(zhì)子的4倍,帶正電荷,電荷量為元電荷的2倍?，F(xiàn)在質(zhì)子、氚核和粒子在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。求以下情況下它們運(yùn)動(dòng)半徑之比：

(1)它們的速度大小相等；

(2)它們由靜止經(jīng)過(guò)相同的加速電場(chǎng)加速后進(jìn)入磁場(chǎng)。二、質(zhì)譜儀：學(xué)生參考課本P100例題完成相應(yīng)的填空。(1)加速：帶電粒子進(jìn)入質(zhì)譜儀的加速電場(chǎng)，由動(dòng)能定理得：____________.(2)偏轉(zhuǎn)：帶電粒子進(jìn)入質(zhì)譜儀的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由洛倫茲力提供向心力得：____________.求解粒子運(yùn)動(dòng)的的半徑r=____________.思考：質(zhì)譜儀的工作原理及用途？【課堂練習(xí)】2、A、B是兩種同位素的原子核,它們具有相同的電荷、不同的質(zhì)量。為測(cè)定它們的質(zhì)量比,使它們從質(zhì)譜儀的同一加速電場(chǎng)由靜止開(kāi)始加速,然后沿著與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng),打到照相底片上。如果從底片上獲知A、B在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的直徑之比是1.08:1,求A、B的質(zhì)量之比。三、回旋加速器：結(jié)合以下問(wèn)題閱讀課本P101回旋加速器中勻強(qiáng)磁場(chǎng)的作用是什么？交變電場(chǎng)的作用？最終的能量與哪些因素有關(guān)？【思考與討論】1、由于粒子運(yùn)動(dòng)得原來(lái)越快，如果粒子走過(guò)半圓的時(shí)間越來(lái)越短，這樣兩盒間電勢(shì)差的正負(fù)變換就要越來(lái)越快，從而造成技術(shù)上的一個(gè)難題。實(shí)際情況是這樣嗎？2、粒子每經(jīng)過(guò)一次加速，它的軌道半徑就會(huì)大一些，為什么？3、求粒子最終獲得的動(dòng)能以及在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間？（教師講解）【溫馨提醒】(1)回旋加速器所加高頻交流電壓的周期等于粒子圓周運(yùn)動(dòng)的周期且不隨粒子半徑的變化而變化。(2)粒子的最終能量與加速電壓的大小無(wú)關(guān)，由磁感應(yīng)強(qiáng)度B和D形盒的半徑?jīng)Q定?！菊n堂練習(xí)】3、判斷下列選項(xiàng)是否正確(1)帶電粒子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后一定做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。()(2)運(yùn)動(dòng)電荷在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期與速度無(wú)關(guān)。()(3)運(yùn)動(dòng)電荷進(jìn)入磁場(chǎng)后(無(wú)其他場(chǎng))可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，不可能做類平拋運(yùn)動(dòng)。()(4)回旋加速器的加速電壓越大，帶電粒子獲得的最大動(dòng)能就越大。()(5)利用回旋加速器加速帶電粒子，要提高加速粒子的最終能量，應(yīng)盡可能增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B和D形盒的半徑。()(6)帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度的大小有關(guān)，而周期與速度、半徑都無(wú)關(guān)。()4、現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來(lái)分析比質(zhì)子重很多倍的離子，其示意圖如圖所示，其中加速電壓恒定。質(zhì)子在入口處從靜止開(kāi)始被加速電場(chǎng)加速，經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后從出口離開(kāi)磁場(chǎng)。若某種一價(jià)正離子在入口處從靜止開(kāi)始被同一加速電場(chǎng)加速，為使它經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開(kāi)磁場(chǎng)，需將磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來(lái)的12倍。此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為（）A．144B．121C．12D．11轉(zhuǎn)動(dòng)圓問(wèn)題本學(xué)案以正電荷（不計(jì)重力），垂直進(jìn)入磁場(chǎng)例一、從某離子源（不計(jì)重力），在垂直于紙面向里磁場(chǎng)各個(gè)方向（）發(fā)射確定速率v的正電荷，畫出圓心軌跡以及所有粒子掃過(guò)的區(qū)域。問(wèn)題=1\*GB3①、設(shè)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半徑為R若離離子源d（R<d<2R）處有一長(zhǎng)擋板，求粒子打在擋板上的長(zhǎng)度問(wèn)題=2\*GB3②、設(shè)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半徑為R若離離子源d（0<d<R）處有一長(zhǎng)擋板，求粒子打在擋板上的長(zhǎng)度問(wèn)題=3\*GB3③、若離子源指向范圍內(nèi)發(fā)射速度相同為v的粒子如圖，粒子經(jīng)過(guò)的區(qū)域應(yīng)為（）。練習(xí)1、若粒子入射方向在與磁場(chǎng)垂直的平面里，做圓周運(yùn)動(dòng)半徑為R，且分散在與PC夾角為θ的范圍內(nèi)，則在屏MN上被粒子打中區(qū)域的長(zhǎng)度為

練習(xí)2、S向平行于紙面的各個(gè)方向發(fā)射出大量帶正電的同種粒子(不計(jì)粒子的重力及粒子間的相互作用)，所有粒子的初速度大小相同，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間有大量粒子從邊界OC射出磁場(chǎng).已知∠AOC=60°，從邊界OC射出的粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間等于T/2(T為粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期)，則從邊界OC射出的粒子在磁場(chǎng)中最短運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為多少？練習(xí)3、在半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)，存在垂直圓面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。圓邊上的P處有一粒子源，沿垂直于磁場(chǎng)的各個(gè)方向，向磁場(chǎng)區(qū)發(fā)射速率均為的同種粒子，如圖所示?，F(xiàn)測(cè)得：當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為時(shí)，粒子均從由P點(diǎn)開(kāi)始弧長(zhǎng)為的圓周范圍內(nèi)射出磁場(chǎng)；當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為時(shí)，粒子則都從由P點(diǎn)開(kāi)始弧長(zhǎng)為的圓周范圍內(nèi)射出磁場(chǎng)。不計(jì)粒子的重力，則A．前后兩次粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑比為B．前后兩次粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑比為C．前后兩次磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小之比為D．前后兩次磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小之比為電場(chǎng)，磁場(chǎng)，重力場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng)、組合場(chǎng)問(wèn)題一、組合場(chǎng)【例題1】如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的正離子，在D處沿圖示方向以一定的速度射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里．結(jié)果離子正好從距A點(diǎn)為d的小孔C沿垂直于電場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，此電場(chǎng)方向與AC平行且向上，最后離子打在G處，而G處距A點(diǎn)2d(AG⊥AC)．不計(jì)離子重力，離子運(yùn)動(dòng)軌跡在紙面內(nèi)．求：(1)(2)離子從D處運(yùn)動(dòng)到G處所需時(shí)間；(3)離子到達(dá)G處時(shí)的動(dòng)能．（E未知）（E未知）【例題2】如圖所示，在y＞0的空間中存在勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)沿y軸負(fù)方向；在y＜0的空間中，存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直xy平面（紙面）向外。一電量為q、質(zhì)量為m的帶正電的運(yùn)動(dòng)粒子，經(jīng)過(guò)y軸上y＝h處的點(diǎn)P1時(shí)速率為v0，方向沿x軸正方向；然后，經(jīng)過(guò)x軸上x(chóng)＝2h處的P2點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)，并經(jīng)過(guò)y軸上y＝處的P3點(diǎn)。不計(jì)重力。求電場(chǎng)強(qiáng)度的大小。粒子到達(dá)P2時(shí)速度的大小和方向。磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。二、復(fù)合場(chǎng)【例題3】一個(gè)質(zhì)量m＝0.1g的小滑塊，帶有q＝5×10－4C的電荷量，放置在傾角α＝30°的光滑斜面上(斜面絕緣)，斜面置于B＝0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，如圖所示，小滑塊由靜止開(kāi)始沿斜面滑下，其斜面足夠長(zhǎng)，小滑塊滑至某一位置時(shí)，要離開(kāi)斜面．求：(1)小滑塊帶何種電荷？(2)小滑塊離開(kāi)斜面的瞬時(shí)速度多大？(3)該斜面的長(zhǎng)度至少多長(zhǎng)？【例題4】在如圖所示的空間里，存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝eq\f(2πm,q).在豎直方向存在交替變化的勻強(qiáng)電場(chǎng)如圖(豎直向上為正)，電場(chǎng)大小為E0＝eq\f(mg,q).一傾角為θ長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)的光滑絕緣斜面放置在此空間．斜面上有一質(zhì)量為m，帶電量為－q的小球，從t＝0時(shí)刻由靜止開(kāi)始沿斜面下滑，設(shè)第5秒內(nèi)小球不會(huì)離開(kāi)斜面，重力加速度為g.求：第一秒內(nèi)小球沿斜面運(yùn)動(dòng)的加速度小球在第5秒末的速度(3）第