2019-2020學(xué)年高中物理 第三章 磁場(chǎng) 6 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件 新人教版選修3-1.ppt

《2019-2020學(xué)年高中物理 第三章 磁場(chǎng) 6 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件 新人教版選修3-1.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020學(xué)年高中物理 第三章 磁場(chǎng) 6 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件 新人教版選修3-1.ppt（37頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 知識(shí)自學(xué) 自我檢測(cè) 一 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)閱讀教材第99頁(yè)第一至第四自然段和 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 部分 了解洛倫茲力演示儀的結(jié)構(gòu)和原理 理解帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí) 粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 1 參照課本洛倫茲力演示儀的實(shí)物照片和結(jié)構(gòu)圖 說(shuō)明此儀器的組成部分和工作原理 答案 電子槍 充有稀薄氣體的玻璃泡 兩個(gè)勵(lì)磁線圈和下部的電子線路組成 電子槍產(chǎn)生電子束 電子束通過(guò)玻璃泡內(nèi)的稀薄氣體時(shí)能夠顯示電子的徑跡 兩個(gè)勵(lì)磁線圈能產(chǎn)生與兩線圈中心連線平行的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 電子速度的大小和磁感應(yīng)強(qiáng)度可以通過(guò)電子槍的加速電壓和勵(lì)磁線圈的電流來(lái)調(diào)節(jié) 知識(shí)自學(xué) 自我檢測(cè) 2 洛倫茲力的特點(diǎn)帶電粒子所受的洛倫茲力方向總與速度方向垂直 在速度方向沒(méi)有分量 所以洛倫茲力不改變速度的大小 即洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功 不改變粒子的能量 3 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 1 運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) 垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 其向心力就是洛倫茲力 2 半徑和周期公式 一帶電粒子的質(zhì)量為m 電荷量為q 速率為v 它在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng) 根據(jù)洛倫茲力提供向心力可得4 物理學(xué)研究中還可以通過(guò)哪些方法顯示粒子的徑跡 答案 可以讓粒子通過(guò)云室和氣泡室 顯示它們的徑跡 知識(shí)自學(xué) 自我檢測(cè) 二 質(zhì)譜儀閱讀教材第100頁(yè) 例題 部分 了解質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)和作用 1 質(zhì)譜儀的組成由粒子源容器 加速電場(chǎng) 偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和底片組成 2 質(zhì)譜儀的用途質(zhì)譜儀最初是由湯姆生的學(xué)生阿斯頓設(shè)計(jì)的 他用質(zhì)譜儀發(fā)現(xiàn)了氖20和氖22 證實(shí)了同位素的存在 質(zhì)譜儀是測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具 知識(shí)自學(xué) 自我檢測(cè) 三 回旋加速器閱讀教材第101 102頁(yè) 回旋加速器 部分 了解多級(jí)加速器和回旋加速器的結(jié)構(gòu) 初步了解回旋加速器的工作原理 1 為什么要設(shè)計(jì)多級(jí)加速器 有什么缺點(diǎn) 答案 由動(dòng)能定理得 可見(jiàn)電場(chǎng)電壓越高 粒子離開(kāi)電場(chǎng)后的能量越高 由于技術(shù)條件的限制 兩極電壓不可能無(wú)限提高 因此常常采用多級(jí)加速的辦法 在多級(jí)加速器中粒子做直線運(yùn)動(dòng) 加速裝置要很長(zhǎng)很長(zhǎng) 占有的空間范圍大 在有限的空間范圍內(nèi)制造直線加速器受到一定的限制 2 參照課本回旋加速器的原理圖 簡(jiǎn)述回旋加速器組成 答案 兩個(gè)中空的半圓金屬盒 兩盒間有電勢(shì)差U 兩個(gè)半圓盒處于與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 知識(shí)自學(xué) 自我檢測(cè) 1 正誤判斷 1 帶電粒子在磁場(chǎng)中一定做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 解析 只有當(dāng)粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中時(shí) 粒子才做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 答案 2 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的速度越大 則周期越大 解析 由可知 帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期與粒子速度無(wú)關(guān) 答案 3 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與粒子的質(zhì)量和速度無(wú)關(guān) 解析 根據(jù)半徑公式可知 半徑r與粒子的質(zhì)量和速度有關(guān) 答案 知識(shí)自學(xué) 自我檢測(cè) 4 利用質(zhì)譜儀可以測(cè)定帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素 解析 利用質(zhì)譜儀可以測(cè)定帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素 答案 5 當(dāng)交變電壓的周期等于帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期時(shí) 回旋加速器中的粒子才能被加速 解析 粒子被加速后 進(jìn)入磁場(chǎng) 經(jīng)過(guò)1個(gè)半圓的時(shí)間 再次進(jìn)入電場(chǎng)被加速 再次進(jìn)入磁場(chǎng) 經(jīng)過(guò)1個(gè)半圓被加速 即交變電場(chǎng)或交變電壓的周期等于帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期 答案 知識(shí)自學(xué) 自我檢測(cè) 6 回旋加速器能把粒子加速到光速 解析 回旋加速器加速的帶電粒子 能量達(dá)到25 30MeV后 就很難再加速了 原因是 按照狹義相對(duì)論 粒子的質(zhì)量隨著速度的增加而增大 而質(zhì)量的變化會(huì)導(dǎo)致其旋轉(zhuǎn)周期的變化 交變電場(chǎng)的頻率不再跟粒子運(yùn)動(dòng)頻率一致 這樣就破壞了加速器的工作條件 進(jìn)一步提高粒子的速率就不可能了 所以回旋加速器不能把粒子加速到光速 答案 知識(shí)自學(xué) 自我檢測(cè) 2 兩個(gè)粒子 帶電荷量相等 在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中只受到磁場(chǎng)力作用而做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 則 A 若速率相等 則半徑必相等B 若質(zhì)量相等 則周期必相等C 若動(dòng)能相等 則半徑必相等D 若動(dòng)能相等 則周期必相等答案 B 知識(shí)自學(xué) 自我檢測(cè) 3 關(guān)于回旋加速器中電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用的敘述 正確的是 A 電場(chǎng)和磁場(chǎng)都對(duì)帶電粒子起加速作用B 電場(chǎng)和磁場(chǎng)是交替地對(duì)帶電粒子做功的C 只有電場(chǎng)對(duì)帶電粒子起偏轉(zhuǎn)作用D 磁場(chǎng)的作用是使帶電粒子在D形盒中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)解析 回旋加速器中的電場(chǎng)是對(duì)粒子加速的 磁場(chǎng)是改變粒子方向的 因?yàn)槁鍌惼澚退俣确较虼怪?不做功 選項(xiàng)D正確 答案 D 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)如圖所示 可用洛倫茲力演示儀觀察運(yùn)動(dòng)電子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn) 1 不加磁場(chǎng)時(shí) 電子束的運(yùn)動(dòng)軌跡如何 加上磁場(chǎng)時(shí) 電子束的運(yùn)動(dòng)軌跡如何 2 如果保持出射電子的速度不變 增大磁感應(yīng)強(qiáng)度 軌跡圓半徑如何變化 如果保持磁感應(yīng)強(qiáng)度不變 增大出射電子的速度 圓半徑如何變化 要點(diǎn)提示 1 一條直線 一個(gè)圓周 2 減小 增大 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 1 理論分析垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)洛倫茲力總與速度方向垂直 洛倫茲力不改變帶電粒子速度的大小 洛倫茲力的大小也不改變 正好起到向心力的作用 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 帶電粒子 不計(jì)重力 以一定的速度v進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡 1 當(dāng)v B時(shí) 帶電粒子將做勻速直線運(yùn)動(dòng) 2 當(dāng)v B時(shí) 帶電粒子將做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 3 當(dāng)帶電粒子斜射入磁場(chǎng)時(shí) 帶電粒子將沿螺旋線運(yùn)動(dòng) 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 例題1 如圖所示 a和b所帶電荷量相同 以相同動(dòng)能從A點(diǎn)射入磁場(chǎng) 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑ra 2rb 則可知 重力不計(jì) 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 例題2 如圖所示 一束電荷量為e的電子以垂直于磁場(chǎng)方向 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 并垂直于磁場(chǎng)邊界的速度v射入寬度為d的磁場(chǎng)中 穿出磁場(chǎng)時(shí)速度方向和原來(lái)射入方向的夾角為 60 求電子的質(zhì)量和穿越磁場(chǎng)的時(shí)間 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的分析方法 1 圓心的確定方法 兩線定一點(diǎn) 圓心一定在垂直于速度的直線上 如圖甲所示 已知入射點(diǎn)P 或出射點(diǎn)M 的速度方向 可通過(guò)入射點(diǎn)和出射點(diǎn)作速度的垂線 兩條直線的交點(diǎn)就是圓心 圓心一定在弦的中垂線上 如圖乙所示 作P M連線的中垂線 與其中一個(gè)速度的垂線的交點(diǎn)為圓心 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 質(zhì)譜儀下圖為質(zhì)譜儀原理示意圖 設(shè)粒子質(zhì)量為m 電荷量為q 加速電場(chǎng)電壓為U 偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 則粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度是多大 打在底片上的位置到S3的距離多大 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 例題3 如圖所示為質(zhì)譜儀的原理圖 利用這種質(zhì)譜儀可以對(duì)氫元素進(jìn)行測(cè)量 氫元素的各種同位素 從容器A下方的小孔S1進(jìn)入加速電壓為U的加速電場(chǎng) 可以認(rèn)為從容器出來(lái)的粒子初速度為零 粒子被加速后從小孔S2進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 最后打在照相底片D上 形成a b c三條質(zhì)譜線 關(guān)于氫的三種同位素進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速率的排列順序和三條譜線的排列順序 下列說(shuō)法中正確的是 A 進(jìn)磁場(chǎng)時(shí)速率從大到小的排列順序是氕 氘 氚B 進(jìn)磁場(chǎng)時(shí)速率從大到小的排列順序是氚 氘 氕C a b c三條譜線的排列順序是氕 氘 氚D a b c三條譜線的排列順序是氘 氚 氕 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 答案 A 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 回旋加速器下圖是回旋加速器的原理圖 已知D形盒的半徑為R 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 交變電流的周期為T(mén) 若用該回旋加速器來(lái)加速質(zhì)子 設(shè)質(zhì)子的質(zhì)量為m 電荷量為q 請(qǐng)思考 1 回旋加速器中磁場(chǎng)和電場(chǎng)分別起什么作用 質(zhì)子每次經(jīng)過(guò)狹縫時(shí) 動(dòng)能的增加量是多少 2 對(duì)交流電源的周期有什么要求 3 帶電粒子獲得的最大動(dòng)能由哪些因素決定 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 要點(diǎn)提示 1 磁場(chǎng)的作用是使帶電粒子回旋 電場(chǎng)的作用是使帶電粒子加速 動(dòng)能的增加量為qU 2 交流電源的周期應(yīng)等于帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 粒子最終獲得的動(dòng)能與加速電壓U無(wú)關(guān) 加速電壓U的大小只影響粒子在回旋加速器中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 例題4 多選 一個(gè)用于加速質(zhì)子的回旋加速器 其核心部分如圖所示 D形盒半徑為R 垂直D形盒底面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 兩盒分別與交流電源相連 設(shè)質(zhì)子的質(zhì)量為m 電荷量為q 則下列說(shuō)法正確的是 A D形盒之間交變電場(chǎng)的周期為B 質(zhì)子被加速后的最大速度隨B R的增大而增大C 質(zhì)子被加速后的最大速度隨加速電壓的增大而增大D 只要R足夠大 質(zhì)子的速度可以被加速到任意值 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 探究一 探究二 1 2 1 多選 如圖所示 兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向相同 磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為B1 B2 虛線MN為理想邊界 現(xiàn)有一個(gè)質(zhì)量為m 電荷量為e的電子以垂直于邊界MN的速度v由P點(diǎn)沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 其運(yùn)動(dòng)軌跡為圖中虛線所示的心形圖線 以下說(shuō)法正確的是 A 電子的運(yùn)動(dòng)軌跡為P D M C N E PB 電子運(yùn)動(dòng)一周回到P點(diǎn)所用的時(shí)間C B1 4B2D B1 2B2 3 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 探究一 探究二 1 2 3 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 探究一 探究二 1 2 2 質(zhì)譜儀是測(cè)帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的一種儀器 它的工作原理是帶電粒子 不計(jì)重力 經(jīng)同一電場(chǎng)加速后垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)做圓周運(yùn)動(dòng) 然后利用相關(guān)規(guī)律計(jì)算出帶電粒子的質(zhì)量 其工作原理如圖所示 虛線為某粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡 由圖可知 A 此粒子帶負(fù)電B 下極板S2比上極板S1電勢(shì)高C 若只增大加速電壓U 則半徑r變大D 若只增大入射粒子的質(zhì)量 則半徑r變小 3 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 探究一 探究二 1 2 合左手定則可知 該粒子帶正電 故A錯(cuò)誤 粒子經(jīng)過(guò)電場(chǎng)要加速 因粒子帶正電 所以下極板S2比上極板S1電勢(shì)低 故B錯(cuò)誤 若只增大加速電壓U 由上式可知 則半徑r變大 故C正確 若只增大入射粒子的質(zhì)量 由上式可知 則半徑也變大 故D錯(cuò)誤 答案 C 3 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 探究一 探究二 1 2 3 3 多選 如圖所示 回旋加速器是用來(lái)加速帶電粒子使它獲得很大動(dòng)能的裝置 其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒 置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 兩盒分別與高頻電源相連 下列說(shuō)法正確的有 A 粒子被加速后的最大速度隨磁感應(yīng)強(qiáng)度和D形盒的半徑的增大而增大B 粒子被加速后的最大動(dòng)能隨高頻電源的加速電壓的增大而增大C 高頻電源頻率由粒子的質(zhì)量 電荷量和磁感應(yīng)強(qiáng)度決定D 粒子從磁場(chǎng)中獲得能量 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 探究一 探究二 1 2 3 答案 AC