高中物理人教選修31課件第3章6

1、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(qiáng)磁場中的運(yùn)動,第三章,美國費米實驗室的回旋加速器直徑長達(dá)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(qiáng)磁場中的運(yùn)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

2、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(yùn)動，從而改變運(yùn)動方向，_周期后再次進(jìn)入電場。,周期性變化,加速,勻強(qiáng),勻速圓周,半個,一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的勻速圓周運(yùn)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

3、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(yùn)動 (1)直線邊界(進(jìn)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(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)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(qiáng)度、運(yùn)動速度相聯(lián)系，偏轉(zhuǎn)角度與圓心角、運(yùn)動時間相聯(lián)系，在磁場中運(yùn)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(yùn)

4、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(qiáng)度相同的勻強(qiáng)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(jìn)入圓形磁場的電子初速度方向?qū)?zhǔn)圓心；進(jìn)入正方形磁場的電子初速度方向垂直于邊界，從中點進(jìn)入。則下面判斷正確的是(),A兩電子在兩磁場中運(yùn)動時，其半徑一定相同 B兩電子在磁場中運(yùn)動的時間一定不相同 C進(jìn)入圓形磁場區(qū)域的電子一定先飛離磁場 D進(jìn)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(qiáng)度相同的磁場區(qū)域，兩電子在兩磁場中運(yùn)動時，其半徑一定相

5、同，選項A正確；當(dāng)運(yùn)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(yùn)動的時間都為T/4，時間相同，選項B錯誤；進(jìn)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(jìn)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(qiáng)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(yùn)動周期相同的交變電壓。,答案：ACD,如圖所示，在xOy平面內(nèi)，y0的區(qū)域有垂直于xOy平面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)

6、強(qiáng)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(yùn)動的時間和帶電粒子離開磁場時的位置。,帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)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(qiáng)度為B1，板間距離為d；c為偏轉(zhuǎn)分離器，磁感應(yīng)強(qiáng)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(jìn)入分離器后做半徑為R的勻速圓周運(yùn)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B

7、2磁場中做勻速圓周運(yùn)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(jìn)行正確的受力分析和運(yùn)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(qiáng)磁場中，并分別與高頻電源相連?，F(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(yùn)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(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0.5T，還有沿x軸負(fù)方向的勻強(qiáng)

8、電場，場強(qiáng)大小為E2N/C。在其第一象限空間有沿y軸負(fù)方向的、場強(qiáng)大小也為E的勻強(qiáng)電場，并在yh0.4m的區(qū)域有磁感應(yīng)強(qiáng)度也為B的垂直于紙面向里的勻強(qiáng)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(yùn)動(PO與x軸負(fù)方向的夾角為45)，并從原點O進(jìn)入第一象限。已知重力加速度g10m/s2，問：,帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動,(1)油滴在第三象限運(yùn)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(yùn)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(qiáng)電場，第象限存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)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ONd，如圖所示。不計粒子重力，求：,(1)粒子在磁場中運(yùn)動的軌道半徑R； (2)粒子在M點的初速度v0的大??； (3)粒子從M點運(yùn)動到P點的總時間t。,易錯點：審題不