高中物理 第3章 磁场 6 带电粒子在匀强磁场中的运动课件 新人教版选修31.ppt

成才之路 物理 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 选修3 1 磁场 第三章 6带电粒子在匀强磁场中的运动 第三章 美国费米实验室的回旋加速器直径长达2km 请你探究分析回旋加速器直径为什么要这样大 带电粒子在匀强磁场中的运动 1 洛伦兹力的特点 1 洛伦兹力不改变带电粒子速度的 或者说 洛伦兹力对带电粒子不做功 2 洛伦兹力方向总与速度方向 正好起到了向心力的作用 大小 垂直 无关 匀速圆周 质谱仪 用来分析各种元素的同位素并测量其质量及含量百分比的仪器 1 构造如图所示 主要由以下几部分组成 带电粒子注射器 加速电场 u 照相底片 速度选择器 b1 e 偏转磁场 b2 qu qvb 1 构造图 回旋加速器 2 工作原理 1 电场的特点及作用特点 两个d形盒之间的窄缝区域存在 的电场 作用 带电粒子经过该区域时被 2 磁场的特点及作用特点 d形盒处于与盒面垂直的 磁场中 作用 带电粒子在洛伦兹力作用下做 运动 从而改变运动方向 周期后再次进入电场 周期性变化 加速 匀强 匀速圆周 半个 一 带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题1 圆心的确定 1 已知入射方向和出射方向时 可通过入射点和出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线 两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心 如图a所示 图中p为入射点 m为出射点 2 已知入射点和出射点的位置时 可以通过入射点作入射方向的垂线 连接入射点和出射点 作其中垂线 这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心 如图b所示 图中p为入射点 m为出射点 2 带电粒子在不同边界磁场中的运动 1 直线边界 进出磁场具有对称性 如图所示 2 平行边界 存在临界条件 如图所示 3 圆形边界 沿径向射入必沿径向射出 如图所示 二 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的程序解题法 三步法1 画轨迹即确定圆心 几何方法求半径并画出轨迹 2 找联系轨道半径与磁感应强度 运动速度相联系 偏转角度与圆心角 运动时间相联系 在磁场中运动的时间与周期 圆心角相联系 3 用规律即牛顿第二定律和圆周运动的规律 特别是周期公式 半径公式 河北正定中学2014 2015学年高二下学期期中 两个质量相同 所带电荷量相等的带电粒子a b 以不同的速率对准圆心o沿着ao方向射入圆形匀强磁场区域 其运动轨迹如图所示 若不计粒子的重力 则下列说法正确的是 a a粒子带负电 b粒子带正电b a粒子在磁场中所受洛伦兹力较大c b粒子动能较大d b粒子在磁场中运动时间较长答案 ac 2 电场的作用 回旋加速器两个d形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的并垂直于两d形盒正对截面的匀强电场 带电粒子经过该区域时被加速 3 交变电压 为保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速 使之能量不断提高 需在窄缝两侧加上跟带电粒子在d形盒中运动周期相同的交变电压 答案 acd 如图所示 在xoy平面内 y 0的区域有垂直于xoy平面向里的匀强磁场 磁感应强度为b 一质量为m 带电量大小为q的粒子从原点o沿与x轴正方向成60 角方向以v0射入 粒子的重力不计 求带电粒子在磁场中运动的时间和带电粒子离开磁场时的位置 带电粒子在匀强磁场中的运动 质谱仪原理如图所示 a为粒子加速器 电压为u1 b为速度选择器 磁场与电场正交 磁感应强度为b1 板间距离为d c为偏转分离器 磁感应强度为b2 今有一质量为m 电荷量为 e的正电子 不计重力 经加速后 该粒子恰能通过速度选择器 粒子进入分离器后做半径为r的匀速圆周运动 求 关于质谱仪和回旋加速器的问题 1 粒子射出加速器时的速度v为多少 2 速度选择器的电压u2为多少 3 粒子在b2磁场中做匀速圆周运动的半径r为多大 点评 解答此类问题要做到 1 对带电粒子进行正确的受力分析和运动过程分析 2 选取合适的规律 建立方程求解 安徽黄山市2014 2015学年高二上学期期末 回旋加速器是加速带电粒子的装置 其核心部分是两个中空的半圆d形金属盒 两盒间的狭缝中加有周期性变化的电场 使粒子在通过狭缝时都能得到加速 两个d形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中 如图所示 要增大带电粒子射出时的动能 则下列说法中正确的是 a 增大匀强电场间的加速电压b 减小磁场的磁感应强度c 减小狭缝间的距离d 增大d形金属盒的半径答案 d 如图所示 位于竖直平面内的坐标系xoy 在其第三象限空间有沿水平方向的 垂直于纸面向外的匀强磁场 磁感应强度大小为b 0 5t 还有沿x轴负方向的匀强电场 场强大小为e 2n c 在其第一象限空间有沿y轴负方向的 场强大小也为e的匀强电场 并在y h 0 4m的区域有磁感应强度也为b的垂直于纸面向里的匀强磁场 一个带电荷量为q的油滴从图中第三象限的p点得到一初速度 恰好能沿po作匀速直线运动 po与x轴负方向的夹角为 45 并从原点o进入第一象限 已知重力加速度g 10m s2 问 带电粒子在复合场中的运动 1 油滴在第三象限运动时受到的重力 电场力 洛伦兹力三力的大小之比 并指出油滴带何种电荷 2 油滴在p点得到的初速度大小 3 油滴在第一象限运动的时间 解析 1 根据受力分析 如图 可知 湖南安化一中2014 2015学年高二上学期期末 如图所示 直角坐标系xoy位于竖直平面内 在水平的x轴下方存在匀强磁场和匀强电场 磁场的磁感应强度为b 方向垂直xoy平面向里 电场线平行于y轴 一质量为m 电荷量为q的带正电荷的小球 从y轴上的a点水平向右抛出 经x轴上的m点进入电场和磁场 恰能做匀速圆周运动