高中物理 第3章 第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动（第1课时）学案 新人教版选修3-1-新人教版高二选修3-1物理学案VIP专享VIP免费

3.6《带电粒子在匀强磁场中的运动》学案（第1课时）【学习目标】1.理解洛伦兹力对运动粒子不做功。2.理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。3.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，知道它们与哪些因素有关。4.应用：回旋加速器、质谱仪。【重点难点】带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆心、半径、轨迹的确定方法。【课前预习】1．探究带电粒子在磁场中的运动实验（1）不加磁场时观察电子的径迹______________；（2）给励磁线圈通电，在玻璃泡中产生沿两线圈中心连线方向、由纸内指向读者的磁场，观察电子束的径迹是_________________；（3）保持出射电子的速度不变，改变磁感应强度，观察电子束的径迹___________，圆的半径_________；（4）保持磁感应强度不变，改变出射电子的速度，观察电子束的径迹__________，圆的半径__________；2．带电粒子在匀强磁场中的运动：(1)带电粒子的运动方向与磁场方向平行时：做运动。(2)带电粒子的运动方向与磁场方向垂直时：粒子做运动且运动的轨迹平面与磁场方向。轨道半径公式：周期公式：。(3)带电粒子的运动方向与磁场方向成θ时：粒子在垂直于磁场方向作运动，在平行磁场方向作运动。叠加后粒子作等距螺旋线运动。3．质谱仪：（1）是用来测量带电粒子的和分析的重要工具。它是利用粒子在电场中加速后进入磁场做。其结构如甲图所示，容器A中含有电荷量相同而质量有微小差别的带电粒子。经过S1和S2之间的电场加速，它们进入磁场将沿着不同的半径做圆周运动，打到照相底片的不同地方，在底片上形成若干谱线状的细条，叫做，每一条谱线对应于一定的。从谱线的位置可以知道圆周的半径，如果再已知带电粒子的电荷量，就可以算出它的质量，这种仪器叫做质谱仪。4．回旋加速器：(1)使带电粒子加速的方法有：经过多次直线加速；利用电场和磁场的作用，回旋。(2)回旋加速器是利用电场对电荷的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用，在的范围内来获得的装置。(3)为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速，使之能量不断提高，要在狭缝处加一个电压，产生交变电场的频率跟粒子运动的频率。⑷带电粒子获得的最大能量与D形盒有关。【知识规律】试证明：当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大。证明：由牛顿第二定律，得，若D形盒的半径为R，则r=R，带电粒子的最终动能。1说明：由上式可以看出，要使粒子射出的动能Ekm增大，就要使磁场的磁感应强度B以及D形盒的半径R增大，而与加速电压U的大小无关（U≠0）。5．带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的分析方法研究带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的问题，应遵循“一找圆心，二找半径，三找园心角”的基本方法和规律，具体分析为：（1）圆心和半径的确定带电粒子进入一个有界磁场后的轨道是一段圆弧，如何确定圆心是解决问题的前提，也是解题的关键。首先应有一个最基本的思路：即圆心一定在与速度方向垂直的直线上。通常有两种确定方法：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射出方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心（如图甲所示，图中P为入射点，M为出射点。O为轨道圆心）。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（如图乙所示，P为入射点，M为出射点。O为轨道圆心）。（2）运动时间的确定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时，其运动时间可由下式表示：（或）。说明：①式中的以“度”为单位（或中的以“弧度”为单位），T为该粒子做圆周运动的周期，以上两式说明转过的圆心角越大，所用时间越长，与运动轨道长度无关。②确定带电粒子运动圆弧所对圆心角的两个重要结论：带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向之间的夹角叫做偏向角，偏向角等于圆弧轨道对应的圆心角，即，如右图示。圆弧轨道所对圆心角等于PM弦与切线的夹角（弦切角）的2倍，即。6．带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动问题的解题步骤带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动...