高中物理 第三章 磁場 第6節(jié) 帶電粒子在勻強磁場中的運動課件 新人教版選修3-1

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1、第 三 章 磁 場 第 三 章 磁 場 學 習 目 標 明 目 標 知 重 點 1.理 解 帶 電 粒 子 沿 著 與 磁 場 垂 直 的 方 向 進 入 勻 強 磁 場 后做 勻 速 圓 周 運 動 . 2.會 推 導 帶 電 粒 子 在 勻 強 磁 場 中 做 勻 速 圓 周 運 動 的 半 徑公 式 和 周 期 公 式 ， 并 會 用 這 些 公 式 分 析 問 題 重 點 、 難點 3.知 道 質 譜 儀 和 回 旋 加 速 器 的 結 構 及 其 工 作 原 理 重 點 、 難 點 一 、 帶 電 粒 子 在 勻 強 磁 場 中 的 運 動 1 帶 電 粒 子 (不 計 重 力 )在

2、 磁 場 中 運 動 時 ， 它 所 受 的 洛 倫 茲 力總 與 速 度 的 方 向 _， 所 以 洛 倫 茲 力 _帶 電 粒 子 速 度 的大 小 ， 或 者 說 ， 洛 倫 茲 力 對 帶 電 粒 子 _ 垂 直 不 改 變不 做 功 勻 速 直 線 運 動勻 速 圓 周 運 動m v2r m vqB 2mqB (2)加 速 ： 帶 電 粒 子 進 入 質 譜 儀 的 加 速 電 場 ， 由 動 能 定 理 ：_ 12m v2 (3)偏 轉 ： 帶 電 粒 子 進 入 質 譜 儀 的 偏 轉 磁 場 ， 洛 倫 茲 力 提 供 向 心 力 ： _ m v2r (4)由 兩 式 可 以

3、求 出 粒 子 的 _、 _以 及 偏 轉 磁 場 的 磁感 應 強 度 等 (5)應 用 ： 可 以 測 定 帶 電 粒 子 的 質 量 和 分 析 _ qvBqU 比 荷 質 量 同 位 素 (2)工 作 原 理 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 過 該 區(qū) 域 時 被 _ 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

4、 ， _周 期 后 再 次 進 入 電 場 周 期 性 變 化加 速勻 強 勻 速 圓 周半 個 帶 電 粒 子 在 勻 強 磁 場 中 的 運 動 (4)確 定 帶 電 粒 子 運 動 圓 弧 所 對 圓 心 角 的 兩 個 重 要 結 論 帶 電 粒 子 射 出 磁 場 的 速 度 方 向 與 射 入 磁 場的 速 度 方 向 之 間 的 夾 角 叫 做 偏 向 角 ， 偏 向角 等 于 圓 弧 軌 道 PM 對 應 的 圓 心 角 ， 即 ， 如 圖 所 示 圓 弧 軌 道 PM 所 對 圓 心 角 等 于 弦 PM與 切線 的 夾 角 (弦 切 角 ) 的 2 倍 ， 即 2， 如 圖

5、 所 示 考 查 維 度 1 帶 電 粒 子 在 磁 場 中 的 圓 周 運 動 (2015高 考 全 國 卷 )兩 相 鄰 勻 強 磁 場 區(qū) 域 的 磁 感 應 強度 大 小 不 同 、 方 向 平 行 一 速 度 方 向 與 磁 感 應 強 度 方 向 垂 直的 帶 電 粒 子 (不 計 重 力 )， 從 較 強 磁 場 區(qū) 域 進 入 到 較 弱 磁 場 區(qū) 域 后 ， 粒 子 的 ( ) A 軌 道 半 徑 減 小 ， 角 速 度 增 大 B 軌 道 半 徑 減 小 ， 角 速 度 減 小 C 軌 道 半 徑 增 大 ， 角 速 度 增 大 D 軌 道 半 徑 增 大 ， 角 速 度

6、 減 小 D AB AC 解 析 ： 兩 速 率 相 同 的 電 子 在 兩 勻 強 磁 場 中 做 勻 速 圓 周 運 動 ，且 磁 場 磁 感 應 強 度 B1 是 磁 場 磁 感 應 強 度 B2 的 k 倍 A： 由 qvB m v2r 得 r m vqB 1B， 即 中 電 子 運 動 軌 跡 的 半 徑是 中 的 k 倍 ， 選 項 A 正 確 B： 由 F 合 m a 得 a F合m qvBm B， 所 以 a2a1 1k， 選 項 B 錯誤 C： 由 T 2rv 得 T r， 所 以 T2T 1 k， 選 項 C 正 確 D： 由 2T 得 21 T1T2 1k， 選 項 D

7、錯 誤 正 確 選 項 為 A、 C. 解 析 ： 當 入 射 速 率 很 小 時 ， 電 子 在 磁 場 中 轉動 一 段 圓 弧 后 又 從 同 一 側 射 出 ， 速 度 越 大 ，軌 道 半 徑 越 大 ， 當 軌 道 與 右 邊 界 相 切 時 ， 電 子 恰 好 不 能 從 磁場 另 一 邊 界 射 出 ， 如 圖 所 示 ， 由 幾 何 知 識 可 得 ： r rcos d 又 ev0B m v20r ， 解 得 v0 Bedm （ 1 cos ） 所 以 為 了 使 電 子 能 從 磁 場 的 另 一 邊 界 EF 射 出 ， 電 子 的 速 度 v Bed m （ 1 cos

8、 ） . 質 譜 儀 和 回 旋 加 速 器 的 原 理 及 應 用1 質 譜 儀 質 譜 儀 是 用 來 研 究 物 質 同 位 素 的 裝 置 ， 其 原 理如 圖 所 示 離 子 源 S 產 生 電 荷 量 為 q 而 質 量 不 等 的 同 位 素 離 子 ， 經 加 速 電 壓 為 U 的 加 速 電 場加 速 后 進 入 磁 感 應 強 度 為 B 的 勻 強 磁 場 中 ， 沿 著 半 圓 周 運 動到 記 錄 它 的 照 相 膠 片 P 上 若 測 得 它 在 P 上 的 位 置 與 A 間 距離 為 x， 即 可 由 此 測 得 該 同 位 素 的 質 量 為 m qB 28

9、Ux2. 考 查 維 度 1 質 譜 儀 (多 選 )(2016佛 山 質 檢 )1922 年 英國 物 理 學 家 阿 斯 頓 因 質 譜 儀 的 發(fā) 明 、 同位 素 和 質 譜 的 研 究 榮 獲 了 諾 貝 爾 化 學獎 若 速 度 相 同 的 同 一 束 粒 子 由 左 端 射 入 質 譜 儀 后 的 運 動 軌 跡 如 圖 所 示 ， 則 下列 相 關 說 法 中 正 確 的 是 ( ) A 該 束 粒 子 帶 負 電 B 速 度 選 擇 器 的 P 1 極 板 帶 正 電 C 在 B2 磁 場 中 運 動 半 徑 越 大 的 粒 子 ， 質 量 越 大 D 在 B2 磁 場 中

10、運 動 半 徑 越 大 的 粒 子 ， 比 荷 越 小 BD 3 質 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 強 度為 B 1， 板 間 距 離 為 d， c 為 偏 轉 分 離器 ， 磁 感 應 強 度 為 B2.今 有 一 質 量 為 m ， 電 荷 量 為 e 的 粒 子(不 計 重 力 )經 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 ： (1)粒 子 的 速 度 v； (2)速 度 選 擇 器 的 電 壓 U2； (3)粒 子 在 B2 磁 場 中 做 勻 速 圓 周 運 動 的 半 徑 R. A