高中物理 第三章 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

第三章 磁场 6带电粒子在匀强磁场中的运动 课前预习 1 运动轨迹 带电粒子 不计重力 以一定的速度v进入磁感应强度为b的匀强磁场时 1 当v b时 带电粒子将做 运动 2 当v b时 带电粒子将做 运动 2 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动 1 运动条件 不计重力的带电粒子沿着与磁场 的方向进入匀强磁场 带电粒子在匀强磁场中的运动 匀速直线 匀速圆周 垂直 2 洛伦兹力的作用 提供带电粒子做圆周运动的 即qvb 3 半径和周期公式 半径 r 周期 t 带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期与粒子 和 无关 向心力 速度 运动半径 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 质谱仪 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 判一判 1 带电粒子在匀强磁场中一定做匀速圆周运动 2 带电粒子在磁场中做圆周运动时 速度越大 半径越大 3 带电粒子在磁场中做圆周运动时 速度越大 周期越大 4 利用质谱仪可以测定带电粒子的质量和分析同位素 5 回旋加速器的加速电压越高 带电粒子获得的最终动能越大 d 课内探究 这三个轨迹都是圆吗 对应的粒子的速度大小相等吗 提示 是圆 速度不相等v3 v2 v1 探究一带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动 1 两种常见的运动情况 1 匀速直线运动 带电粒子的速度方向与磁场方向平行 相同或相反 此时带电粒子所受洛伦兹力为零 带电粒子将以速度v做匀速直线运动 2 匀速圆周运动 带电粒子垂直射入匀强磁场 由于洛伦兹力始终和运动方向垂直 因此不改变速度大小 但是不停地改变速度方向 所以带电粒子做匀速圆周运动 洛伦兹力提供匀速圆周运动的向心力 3 有界磁场内部分圆周轨迹的分析方法 1 圆心的确定 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 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 d b 探究二质谱仪 解题指导 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 d 探究三回旋加速器 提示 1 磁场的作用是使带电粒子回旋 电场的作用是使带电粒子加速 动能的增加量为qu 2 交流电源的周期应等于带电粒子在磁场中运动的周期 3 粒子的最大动能决定于磁感应强度b和d形盒的半径r d 解题指导 深入理解回旋加速器的工作原理是解题的基础 b 解析 回旋加速器可以加速正电荷 也可以加速负电荷 故a错误 回旋加速器利用电场加速 在磁场中速度大小不变 运用磁场偏转 故b正确 离子在磁场中做圆周运动的周期与加速交变电压的周期相等 故c d错误 故选b 素养提升 1 解题程序 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 带电粒子在有界磁场中的运动规律 2 带电粒