高中物理 第3章 磁場(chǎng) 6 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件 新人教版選修3-1.ppt

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成才之路 · 物理,路漫漫其修遠(yuǎn)兮 吾將上下而求索,人教版 · 選修3-1,磁場(chǎng),第三章,6 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),第三章,美國(guó)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的回旋加速器直徑長(zhǎng)達(dá)2km，請(qǐng)你探究分析回旋加速器直徑為什么要這樣大？,,帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),1.洛倫茲力的特點(diǎn) (1)洛倫茲力不改變帶電粒子速度的__________，或者說(shuō)，洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功。 (2)洛倫茲力方向總與速度方向__________，正好起到了向心力的作用。,大小,垂直,無(wú)關(guān),勻速圓周,質(zhì)譜儀,用來(lái)分析各種元素的同位素并測(cè)量其質(zhì)量及含量百分比的儀器。 1．構(gòu)造 如圖所示，主要由以下幾部分組成：,,①帶電粒子注射器 ②加速電場(chǎng)(U) ③___________________ ④_____________ ⑤照相底片,速度選擇器(B1、E),偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(B2),qU,qvB,1.構(gòu)造圖,回旋加速器,,2．工作原理 (1)電場(chǎng)的特點(diǎn)及作用 特點(diǎn)：兩個(gè)D形盒之間的窄縫區(qū)域存在____________的電場(chǎng)。 作用：帶電粒子經(jīng)過(guò)該區(qū)域時(shí)被________。 (2)磁場(chǎng)的特點(diǎn)及作用 特點(diǎn)：D形盒處于與盒面垂直的________磁場(chǎng)中。 作用：帶電粒子在洛倫茲力作用下做__________運(yùn)動(dòng)，從而改變運(yùn)動(dòng)方向，________周期后再次進(jìn)入電場(chǎng)。,周期性變化,加速,勻強(qiáng),勻速圓周,半個(gè),一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的勻速圓周運(yùn)動(dòng)問題 1．圓心的確定 (1)已知入射方向和出射方向時(shí)，可通過(guò)入射點(diǎn)和出射點(diǎn)分別作垂直于入射方向和出射方向的直線，兩條直線的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心(如圖a所示，圖中P為入射點(diǎn)，M為出射點(diǎn))。,,(2)已知入射點(diǎn)和出射點(diǎn)的位置時(shí)，可以通過(guò)入射點(diǎn)作入射方向的垂線，連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn)，作其中垂線，這兩條垂線的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心(如圖b所示，圖中P為入射點(diǎn)，M為出射點(diǎn))。,2．帶電粒子在不同邊界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) (1)直線邊界(進(jìn)出磁場(chǎng)具有對(duì)稱性，如圖所示),,(2)平行邊界(存在臨界條件，如圖所示),,(3)圓形邊界(沿徑向射入必沿徑向射出，如圖所示),,二、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的程序解題法——三步法 1．畫軌跡 即確定圓心，幾何方法求半徑并畫出軌跡。 2．找聯(lián)系 軌道半徑與磁感應(yīng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)速度相聯(lián)系，偏轉(zhuǎn)角度與圓心角、運(yùn)動(dòng)時(shí)間相聯(lián)系，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間與周期、圓心角相聯(lián)系。 3．用規(guī)律 即牛頓第二定律和圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，特別是周期公式、半徑公式。,(河北正定中學(xué)2014～2015學(xué)年高二下學(xué)期期中) 兩個(gè)質(zhì)量相同、所帶電荷量相等的帶電粒子a、b，以不同的速率對(duì)準(zhǔn)圓心O沿著AO方向射入圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，若不計(jì)粒子的重力，則下列說(shuō)法正確的是( ) A．a(chǎn)粒子帶負(fù)電，b粒子帶正電 B．a(chǎn)粒子在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力較大 C．b粒子動(dòng)能較大 D．b粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng) 答案：AC,,(2)電場(chǎng)的作用：回旋加速器兩個(gè)D形盒之間的窄縫區(qū)域存在周期性變化的并垂直于兩D形盒正對(duì)截面的勻強(qiáng)電場(chǎng)，帶電粒子經(jīng)過(guò)該區(qū)域時(shí)被加速。 (3)交變電壓：為保證帶電粒子每次經(jīng)過(guò)窄縫時(shí)都被加速，使之能量不斷提高，需在窄縫兩側(cè)加上跟帶電粒子在D形盒中運(yùn)動(dòng)周期相同的交變電壓。,答案：ACD,如圖所示，在xOy平面內(nèi)，y≥0的區(qū)域有垂直于xOy平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，一質(zhì)量為m、帶電量大小為q的粒子從原點(diǎn)O沿與x軸正方向成60°角方向以v0射入，粒子的重力不計(jì)，求帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和帶電粒子離開磁場(chǎng)時(shí)的位置。,帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),,質(zhì)譜儀原理如圖所示，a為粒子加速器，電壓為U1；b為速度選擇器，磁場(chǎng)與電場(chǎng)正交，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，板間距離為d；c為偏轉(zhuǎn)分離器，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2。今有一質(zhì)量為m、電荷量為＋e的正電子(不計(jì)重力)，經(jīng)加速后，該粒子恰能通過(guò)速度選擇器，粒子進(jìn)入分離器后做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。求：,關(guān)于質(zhì)譜儀和回旋加速器的問題,,(1)粒子射出加速器時(shí)的速度v為多少？ (2)速度選擇器的電壓U2為多少？ (3)粒子在B2磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R為多大？,點(diǎn)評(píng)：解答此類問題要做到： (1)對(duì)帶電粒子進(jìn)行正確的受力分析和運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析。 (2)選取合適的規(guī)律，建立方程求解。,(安徽黃山市2014～2015學(xué)年高二上學(xué)期期末)回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是兩個(gè)中空的半圓D形金屬盒，兩盒間的狹縫中加有周期性變化的電場(chǎng)，使粒子在通過(guò)狹縫時(shí)都能得到加速，兩個(gè)D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖所示，要增大帶電粒子射出時(shí)的動(dòng)能，則下列說(shuō)法中正確的是( ) A．增大勻強(qiáng)電場(chǎng)間的加速電壓 B．減小磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 C．減小狹縫間的距離 D．增大D形金屬盒的半徑 答案：D,,,如圖所示，位于豎直平面內(nèi)的坐標(biāo)系xOy，在其第三象限空間有沿水平方向的、垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B＝0.5T，還有沿x軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)大小為E＝2N/C。在其第一象限空間有沿y軸負(fù)方向的、場(chǎng)強(qiáng)大小也為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，并在yh＝0.4m的區(qū)域有磁感應(yīng)強(qiáng)度也為B的垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一個(gè)帶電荷量為q的油滴從圖中第三象限的P點(diǎn)得到一初速度，恰好能沿PO作勻速直線運(yùn)動(dòng)(PO與x軸負(fù)方向的夾角為θ＝45°)，并從原點(diǎn)O進(jìn)入第一象限。已知重力加速度g＝10m/s2，問：,帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),(1)油滴在第三象限運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的重力、電場(chǎng)力、洛倫茲力三力的大小之比，并指出油滴帶何種電荷； (2)油滴在P點(diǎn)得到的初速度大??； (3)油滴在第一象限運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。,解析：(1)根據(jù)受力分析(如圖)可知,,(湖南安化一中2014～2015學(xué)年高二上學(xué)期期末)如圖所示，直角坐標(biāo)系xOy位于豎直平面內(nèi)，在水平的x軸下方存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直xOy平面向里，電場(chǎng)線平行于y軸。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電荷的小球，從y軸上的A點(diǎn)水平向右拋出。經(jīng)x軸上的M點(diǎn)進(jìn)入電場(chǎng)和磁場(chǎng)，恰能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，從x軸上的N點(diǎn)第一次離開電場(chǎng)和磁場(chǎng)，MN之間的距離為L(zhǎng)，小球過(guò)M點(diǎn)時(shí)的速度方向與x軸正方向夾角為θ。不計(jì)空氣阻力，重力加速度為g，求：,(1)電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小和方向； (2)小球從A點(diǎn)拋出時(shí)初速度v0的大小； (3)A點(diǎn)到x軸的高度h。,,,正確答案：0.1T,