高中物理 3.6 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 如图所示 两个横截面分别为圆形和正方形的区域内有磁感应强度相同的匀强磁场 圆的直径和正方形的边长相等 两个电子以相同的速度分别飞入两个磁场区域 速度方向均与磁场方向垂直 进入圆形磁场的电子初速度方向对准圆心 进入正方形磁场的电子初速度方向垂直于边界 从中点进入 则下面判断正确的是 a 两电子在两磁场中运动时 其半径一定相同b 两电子在磁场中运动的时间一定不相同c 进入圆形磁场区域的电子一定先飞离磁场d 进入圆形磁场区域的电子一定不会后飞离磁场答案 ad 解析 两个电子以相同的速度分别飞入两个磁感应强度相同的磁场区域 两电子在两磁场中运动时 其半径一定相同 选项a正确 当运动的轨道半径等于圆形磁场区域的半径时 两电子在磁场中运动的时间都为t 4 时间相同 选项b错误 进入圆形磁场区域的电子不一定先飞离磁场 可能二者同时飞出磁场 进入圆形磁场区域的电子一定不会后飞离磁场 选项c错误 d正确 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 答案 ac 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 如图是医用回旋加速器示意图 其核心部分是两个d形金属盒 两金属盒置于匀强磁场中 并分别与高频电源相连 现分别加速氘核 h 和氦核 he 下列说法中正确的是 a 它们的最大速度相同b 它们的最大动能相同c 它们在d形盒中运动的周期相同d 仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能答案 ac 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 在平面直角坐标系xoy中 第 象限存在沿y轴负方向的匀强电场 第 象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场 磁感应强度为b 一质量为m 电荷量为q的带正电的粒子从y轴正半轴上的m点以一定的初速度垂直于y轴射入电场 经x轴上的n点与x轴正方向成 60 角射入磁场 最后从y轴负半轴上的p点垂直于y轴射出磁场 已知on d 如图所示 不计粒子重力 求 1 粒子在磁场中运动的轨道半径r 2 粒子在m点的初速度v0的大小 3 粒子从m点运动到p点的总时间t 易错点 审题不清乱套公式导致错