2013届高考物理核心要点突破系列课件：第15章第五节《带电粒子在磁场中的运动》（人教版选修3-1）

第五节带电粒子在磁场中的运动质谱仪第五节

核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第五节课前自主学案目标概览 核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第五节课前自主学案目目标概览学习目标：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．知道质谱仪的工作原理．重点难点：1.带电粒子垂直射入匀强磁场中的运动半径和运动周期．2．确定垂直射入匀强磁场中的带电粒子的运动是匀速圆周运动．目标概览学习目标：1.理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度方课前自主学案一、演示实验如图15－5－1中甲、乙所示图15－5－11．不加磁场时，观察到电子束的径迹是_________．2．加上磁场时，电子束的径迹是_______，增加电子的速度，圆周半径_____，增强磁场的磁感应强度，圆周半径_____．一条直线一个圆增大减小课前自主学案一、演示实验一条直线一个圆增大减小二、带电粒子在磁场中的运动1．洛伦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．洛伦兹力总与速度方向_____，正好起到了向心力的作用．3．沿着与磁场方向垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做_____________．大小做功垂直匀速圆周运动二、带电粒子在磁场中的运动大小做功垂直匀速圆周运动三、质谱仪1．质谱仪是测量带电粒子的____和分析______的重要工具，其原理示意图及结构图如图15－5－2所示．图15－5－2质量同位素三、质谱仪质量同位素qUqvB圆周的半径粒子的比荷(q/m)粒子质量qUqvB圆周的半径粒子的比荷(q/m)粒子质量核心要点突破一、带电粒子在匀强磁场中的运动1．垂直进入匀强磁场的带电粒子，它的初速度和所受洛伦兹力的方向都在跟磁场方向垂直的平面内，没有任何作用力使粒子离开这个平面，所以粒子只能在这个平面内运动．2．垂直射入匀强磁场的带电粒子，受到的洛伦兹力总跟粒子的运动方向垂直，所以带电粒子做匀速圆周运动．核心要点突破一、带电粒子在匀强磁场中的运动2013届高考物理核心要点突破系列课件：第15章第五节《带电粒子在磁场中的运动》（人教版选修3-1）特别提醒：(1)只有垂直于磁感应强度方向进入匀强磁场的带电粒子，才能在磁场中做匀速圆周运动．(2)带电粒子做匀速圆周运动的半径与带电粒子进入磁场时速率的大小有关，而周期与速率、半径都无关．特别提醒：(1)只有垂直于磁感应强度方向进入匀强磁场的带电粒二、如何确定轨道圆心、轨道半径和偏向角1．已知入射方向和出射方向时，可以通过入射点和出射点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15－5－3甲所示，P为入射点，M为出射点，O为轨道圆心．图15－5－3二、如何确定轨道圆心、轨道半径和偏向角2．已知入射方向和出射点的位置时，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15－5－3乙所示，P为入射点，M为出射点，O为轨道圆心．图15－5－42．已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的2013届高考物理核心要点突破系列课件：第15章第五节《带电粒子在磁场中的运动》（人教版选修3-1）2013届高考物理核心要点突破系列课件：第15章第五节《带电粒子在磁场中的运动》（人教版选修3-1）课堂互动讲练

如图15－5－5所示，矩形MNPQ区域内有方向垂直于纸面的匀强磁场，有5个带电粒子从图中箭头所示位置垂直于磁场边界进入磁场，在纸面内做匀速圆周运动，运动轨迹为相应的圆弧．这些粒子的质量、电荷量以及速度大小如下表所示.带电粒子在匀强磁场中的圆周运动例1课堂互动讲练 如图15－5－5所示，矩形MNPQ区域内由以上信息可知，从图中a、b、c处进入的粒子对应表中的编号分别为(

)A．3、5、4

B．4、2、5C．5、3、2D．2、4、5图15－5－5粒子编号质量电荷量(q>0)速度大小1m2qv22m2q2v33m－3q3v42m2q3v52m－qv由以上信息可知，从图中a、b、c处进入的粒子对应表中的编号分2013届高考物理核心要点突破系列课件：第15章第五节《带电粒子在磁场中的运动》（人教版选修3-1）又据题图可知有3种粒子的电性相同(包括a、b)，另两种粒子的电性也相同(包括c)，但与前3种的电性相反，综合以上情况可知，只有选项D正确．【答案】

D【点评】熟练掌握带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的轨道半径公式，理解轨道半径与粒子质量、电量、速度和磁感应强度的关系．又据题图可知有3种粒子的电性相同(包括a、b)，另两种粒子的变式训练1质子(p)和α粒子以相同的速率在同一匀强磁场中做匀速圆周运动，轨道半径分别为Rp和Rα，周期分别为Tp和Tα，则下列选项正确的是(α粒子的质量是质子质量的4倍，α粒子的电荷量是质子电荷量的2倍)(

)A．Rp∶Rα＝1∶2，Tp∶Tα＝1∶2B．Rp∶Rα＝1∶1，Tp∶Tα＝1∶1C．Rp∶Rα＝1∶1，Tp∶Tα＝1∶2D．Rp∶Rα＝1∶2，Tp∶Tα＝1∶1变式训练1质子(p)和α粒子以相同的速率在同一匀强磁场中做2013届高考物理核心要点突破系列课件：第15章第五节《带电粒子在磁场中的运动》（人教版选修3-1）

如图15－5－6所示，直线MN上方有垂直纸面向外的足够大的有界匀强磁场区域，磁感应强度为B，正、负电子同时从O点以与MN成30°角的相同速度v射入该磁场区域(电子质量为m，电量为e)，经一段时间后从边界MN射出．求：带电粒子在有界磁场中的运动例2 如图15－5－6所示，直线MN上方有垂直纸面向外的足够图15－5－6(1)它们从磁场中射出时，出射点间的距离；(2)它们从磁场中射出的时间差．图15－5－62013届高考物理核心要点突破系列课件：第15章第五节《带电粒子在磁场中的运动》（人教版选修3-1）2013届高考物理核心要点突破系列课件：第15章第五节《带电粒子在磁场中的运动》（人教版选修3-1）【点评】求解带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的一般思路：(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．【点评】求解带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的一般思路：变式训练2

空间存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场，图15－5－8中的正方形为其边界．一细束由两种粒子组成的粒子流沿垂直于磁场的方向从O点入射．这两种粒子带同种电荷，它们的电荷量、质量均不同，但其比荷相同，且都包含不同速率的粒子．不计重力．下列说法正确的是(

)图15－5－8变式训练2图15－5－8A．入射速度不同的粒子在磁场中的运动时间一定不同B．入射速度相同的粒子在磁场中的运动轨迹一定相同C．在磁场中运动时间相同的粒子，其运动轨迹一定相同D．在磁场中运动时间越长的粒子，其轨迹所对的圆心角一定越大A．入射速度不同的粒子在磁场中的运动时间一定不同2013届高考物理核心要点突破系列课件：第15章第五节《带电粒子在磁场中的运动》（人教版选修3-1）2013届高考物理核心要点突破系列课件：第15章第五节《带电粒子在磁场中的运动》（人教版选修3-1）

长为L的水平极板间，有垂直纸面向里的匀强磁场，如图15－5－9所示，磁感应强度为B；板间距离也为L，板不带电．现有质量为m、电荷量为q的带正电粒子(不计重力)，从左边极板间中点处垂直于磁感线以速度v水平射入磁场，欲使粒子不打在极板上，其入射速度是多少？带电粒子在磁场中运动的临界问题例3图15－5－9 长为L的水平极板间，有垂直纸面向里的匀强磁场，如图15图15－5－10图15－5－102013届高考物理核心要点突破系列课件：第15章第五节《带电粒子在磁场中的运动》（人教版选修3-1）【点评】解答此类问题的关键是确定粒子圆周运动的圆心、半径和轨迹，找圆心的方法是根据粒子进入磁场时的初始条件和射出磁场时的临界条件．确定粒子半径要用到几何知识，根据边角关系确定．【点评】解答此类问题的关键是确定粒子圆周运动的圆心、半径和变式训练3一磁场宽度为L，磁感应强度为B，如图15－5－11所示，一电荷质量为m、带电荷量为－q，不计重力，以一速度(方向如图)射入磁场．若不使其从右边界飞出，则电荷的速度应为多大？图15－5－11变式训练3一磁场宽度为L，磁感应强度为B，如图15－5－12013届高考物理核心要点突破系列课件：第15章第五节《带电粒子在磁场中的运动》（人教版选修3-1）

如图15－5－12所示为图15－5－12有关质谱仪的计算例4 如图15－5－12所示为有关质谱仪的计算例4质谱仪的示意图．速度选择器部分的匀强电场场强E＝1.2×105V/m，匀强磁场的磁感应强度为B1＝0.6T．偏转分离的磁感应强度为B2＝0.8T．求：(1)能通过速度选择器的粒子速度为多大？(2)质子和氘核进入偏转分离器后打在照相底片上后，条纹之间的距离d为多少？(已知一个中子和一个质子的质量相等，都为1.66×10－27kg)质谱仪的示意图．速度选择器部分的匀强电场场强E＝1.2×10【答案】

(1)2×105m/s

(2)5.2×10－3m【答案】(1)2×105m/s(2)5.2×10－3变式训练4如图15－5－13所示是质谱仪的工作原理示意图．带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器，速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有强度为B0的匀强磁场．下列表述正确的是(

)变式训练4如图15－5－13所示是质谱仪的工作原理示意图．