带电粒子在匀强磁场中的运动学案.doc

第3节 洛仑兹力的应用（第一课时质谱仪）【学习目标】1、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度方向垂直时，做匀速圆周运动；2、会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，并会用它们解答有关问题；3、知道质谱仪和回旋加速器的工作原理。一、带电粒子在匀强磁场中的运动1、洛伦兹力的特点：洛伦兹力方向总是与速度方向 ，洛仑兹力不改变带电粒子速度的 ，或者说洛伦兹力不对带电粒子 。2、带电粒子在匀强磁场中的运动特点：沿着与磁场方向垂直的方向射入的带电粒子，在匀强磁场中做 。3、推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式：由周期公式可知，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期跟 和 无关。二、质谱仪和回旋加速器1、质谱仪：（1）原理图：如右图所示。（2）质谱仪的应用：可以测定带电粒子的质量和分析 。（3）加速：带电粒子由S1进入质谱仪的加速电场，电压为U，求粒子通过加速电场获得的速度（4）偏转：带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，则半径r为多少？（5）由上述两式可以得到表达式q/m=_。由此可知电荷量相同时，半径将随 变化。三、课堂练习：1.处在匀强磁场内部的两个电子A和B分别以速率v和2v垂直射入匀强磁场，经偏转后，哪个电子先回到原来的出发点？ （ ）A同时到达 BA先到达CB先到达 D无法判断2.一束带电粒子以同一速度，并从同一位置进入匀强磁场，在磁场中它们的轨迹如图所示.粒子q1的轨迹半径为r1，粒子q2的轨迹半径为r2，且r22r1，q1、q2分别是它们的带电量.则A.q1带负电、q2带正电，荷质比之比为：2：1；B.q1带负电、q2带正电，荷质比之比为：1：2；C.q1带正电、q2带负电，荷质比之比为：2：1；D.q1带正电、q2带负电，荷质比之比为：1：2.3、如图所示，一带电粒子（重力不计）在匀强磁 场中沿图中轨道运动，中央是一簿绝缘板，粒子在穿过绝缘板时有动能损失，由图可知（ ）A、粒子带正电B、粒子的动动方向是abcdeC、粒子的运动方向是edcbaD、粒子在下半周期比上半周期所用时间长4.相距为d的两块平行金属板，两板电压为U.两板间有一垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，(如图所示).有一个带电粒子(重力不计)能在极板间以恒定的速度自左向右平直穿过而不发生偏转，则A.此粒子必带正电 B.此粒子必带负电C.粒子速度必为 D.粒子速度必为5.质子和氘核经同一电压加速，垂直进入匀强磁场中，则质子和氘核的动能E1、E2，轨道半径r1、r2的关系是A.E1E2，r1r2 B.E1E2，r1r2C.E1E2，r1r2 D.E1E2，r1r26、如图所示，质量为为m、电量为q的带电粒子，经电压为U加速，又经磁感应强度为B的匀强磁场后落到图中D点，求A、D间的距离和粒子在磁场中运动的时间。第3节 洛仑兹力的应用（第二课时回旋加速器）一、回旋加速器1构造：回旋加速器的核心部件是两个 。2.工作原理：电场的作用：磁场的作用：交变电压：例1、在某回旋加速器中，磁场的磁感应强度为B，粒子源射出的粒子质量为m、电荷量为q，粒子的最大回旋半径为R.问：（1）D形盒内有无电场？（2）粒子在盒内做何种运动？（3）所加交变电场的周期是多大？（4）粒子离开加速器的动能是多大？（5）设两D形盒间电场的电势差为U，盒间距离为d，其间电场均匀，则加速到上述能量所需的时间是多少？二、课堂练习1.关于回旋加速器中电场和磁场的说法中正确的是A.电场和磁场都对带电粒子起加速作用B.电场和磁场是交替地对带电粒子做功的C.只有电场能对带电粒子起加速作用D.磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做匀速圆周运动2、回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两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，下列说法中正确的是（ ）A、增大匀强电场间的电压B、增大磁场的磁感应强度C、减小狭缝间的距离D、增大D形金属盒的半径3.一水平导线通以电流I，导线下方有一电子，初速度方向与电流平行，关于电子的运动情况，下述说法中，正确的是：( )A沿路径a运动，其轨道半径越来越大 B沿路径a运动，其轨道半径越来越小C沿路径b运动，其轨道半径越来越小D沿路径b运动，其轨道半径越来越大4.量和电量都相等的带电粒子M和N，以不同的速度率经小孔S垂直进入均强磁场，运行的半圆轨迹如图2种虚线所示，下列表述正确的是AM带负电，N带正电B.M的速度率小于N的速率C.洛伦磁力对M、N做正功D.M的运行时间大于N的运行时间5.如图所示，场强E的方向垂直向下，磁感应强度B1的方向垂直于纸面向里，磁感应强度B2的方向垂直纸面向外，在S处有四个二价正离子，甲、乙、丙、丁垂直于场强E和磁感应强度B1的方向射入，若四个离子质量m甲=m乙m丙=m丁，速度v甲v乙 =v丙v丁，则运动到P1，P2，P3，P4的四个位置的正离子分别为A.甲乙丙丁 B.甲丁乙丙 C.丙乙丁甲 D.甲乙丁丙6.一回旋加速器，当外加磁场一定时，可把质子加速到v，使它获得的动能为E,不考虑相对论效应，则：（1）、它能把 粒子加速到的最大速度为 多少？(2)、能使 粒子获得的最大动能为为多少