高中物理 第三章 磁场 6 带电粒子在匀强磁场中的运动学案 新人教版选修3-1-新人教版高中选修3-1物理学案VIP免费

6带电粒子在匀强磁场中的运动素养目标定位※※掌握带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹及做功情况※了解质谱仪和回旋加速器的工作原理,素养思维脉络知识点1带电粒子在匀强磁场中的运动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__匀速直线__运动。(2)当v⊥B时，带电粒子将做__匀速圆周__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__垂直__的方向进入匀强磁场。(2)洛伦兹力的作用：提供带电粒子做圆周运动的__向心力__，即qvB＝__m__。(3)半径和周期公式①半径：r＝____；②周期：T＝____。带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期与粒子__速度__和__运动半径__无关。知识点2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：①带电粒子注射器②加速电场(U)③_速度选择器(B1、E)__④_偏转磁场(B2)__⑤照相底片2．原理(1)加速电场加速：根据动能定理：__qU__＝mv2。(2)匀强磁场偏转：洛伦兹力提供向心力：__qvB__＝。(3)结论：r＝____，测出半径r，可以算出粒子的比荷或算出它的质量。知识点3回旋加速器1．构造图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__周期性变化__的电场。作用：带电粒子经过该区域时被__加速__。(2)磁场的特点及作用特点：D形盒处于与盒面垂直的__匀强__磁场中。作用：带电粒子在洛伦兹力作用下做__匀速圆周__运动，从而改变运动方向，__半个__周期后再次进入电场。思考辨析『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。(×)『选一选』速率相同的电子垂直磁场方向进入四个不同的磁场，其轨迹如图所示，则磁场最强的是(D)解析：由qvB＝m得r＝，速率相同时，半径越小，磁场越强，选项D正确。『想一想』如图是一台粒子回旋加速器，它的直径长达2km，请思考：回旋加速器直径为什么要这样大？解析：根据qvB＝m可知v＝，若要提高粒子的速度需增大加速器的半径和磁感应强度，故粒子回旋加速器的半径一般都很大。探究一带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动S\s\up7(思考讨论)1同一种带电粒子以不同的速度垂直射入匀强磁场，只受洛伦兹力作用，其运动轨迹如图所示，观察图片，请思考：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。G\s\up7(归纳总结)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。2．匀速圆周运动的轨道半径和周期质量为m电荷量为q的带电粒子垂直磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中。(1)若不计粒子重力，运动电荷只受洛伦兹力作用，由洛伦兹力提供向心力，即qvB＝m，可得r＝。(2)由轨道半径与周期的关系可得：T＝＝＝。3．有界磁场内部分圆周轨迹的分析方法：(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)半径的确定半径的计算一般利用几何知识解直角三角形。做题时一定要做好辅助线，由圆的半径和其他几何边构成直角三角形。(3)粒子在磁场中运动时间的确定①粒子在磁场中运动一周的时间为T，当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为α时，其...