第六节带电粒子在匀强磁场中的运动学海导航课标导引考点探寻【内容标准】洛伦兹力对粒子不做功，粒子在匀磁场中做匀速圆周运动.质谱仪的工作原理。回旋加速器的基本构造、工作原理、及用途【重点难点】1、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律2、综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在复合场中的问题【考纲要点】带电粒子在匀强磁场中的运动，质谱仪，回旋加速器【热点提示】1、带电粒子在磁场中的圆心，半径，运动时间的确定。2、带电粒子在复合场中的运动。3、质谱仪、回旋加速器的工作原理学点探究知识梳理【学点1】带电粒子在匀强磁场中的运动若速度方向垂直于磁场方向，带电粒子在垂直于磁感线的平面内以入射速度做匀速圆周运动。向心力有洛伦兹力提供：qvB=mv2/r。带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径及周期公式为：轨道半径r=mv/qB，周期T=2πm/qB.【学点2】质谱仪质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。如图3-6-1，电荷量相同、质量有微小差别的带电粒子，经过相同的加速电压加速后，垂直进入同一匀强磁场，它们在匀强磁场中做匀速圆周运动，由和r=mv/qB求得r=，因此，根据带电粒子在磁场中做圆周运动的半径大小，就可判断带电粒子的质量大小。【学点3】回旋加速器1、其结构如图3-6-2左图所示。核心部件为两个D形盒（加匀强磁场）和其间的夹缝（加交变电场）2、如图3-6-2右图所示，放在A0处的粒子源发出一个带正电的粒子，它以某一速率v0垂直进入匀强磁场，在磁场中做匀速圆周运动，经过半个周期，当它沿着半圆弧A0A1到达A1时，在A1A1′处造成一个向上的电场，使这个带电粒子在A1A1′处受到一次电场的加速，速率由v0增加到v1，然后粒子以速率v1在磁场中做匀速圆周运动。我们知道，粒子的轨道半径跟它的速率成正比，因而粒子将沿着半径增大了的圆周运动，又经过半个周期，当它沿着半圆弧A1′A2′到达A2′时，在A2′A2处造成一个向下的电场，使粒子又一次受到电场的加速，速率增加到v2，如此继续下去，每当粒子运动到A1A′、A3A3＇等处时都使它受到向上电场的加速，每当粒子运动到A2′A2、A4′A4等处时都使它受到向下电场的加速，粒子将沿着图示的螺线A0A1A1′A2′A2……回旋下去，速率将一步一步地增大。带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期T＝，跟运动速率和轨道半径无关，对一定的带电粒子和一定的磁场来说，这个周期是恒定的。因此，尽管粒子的速率和半径一次比一次图3-6-2图3-6-1增大，运动周期T却始终不变，这样，如果在直线AA、A′A′处造成一个交变电场，使它以相同的周期T往复变化，那就可以保证粒子每经过直线AA和A′A′时都正好赶上适合的电场方向而被加速。核心讲解一、带电粒子在磁场中的运动形式不计重力的粒子在匀强磁场中运动形式有如下四种：1、当带电粒子速度为零时，在磁场中处于静止状态（这种情况下洛伦兹力为0）。2、当带电粒子速度方向与磁场方向平行时，带电粒子做匀速直线运动（这种情况下洛伦兹力也为0）3、当带电粒子速度方向与磁场方向垂直时，如图3-6-3所示，带电粒子做匀速圆周运动（这种情况下洛伦兹力为F=BIL）4、当带电粒子速度方向与磁场方向既不平行也不垂直式，如图3-6-4所示，带电粒子做螺旋线运动（这种情况下洛伦兹力为F=BILsinθ）【典例1】带电粒子在匀强磁场中只受磁场力作用，关于其运动轨迹的说法正确的是：（）A．带电粒子在磁场中可能做匀速圆周运动B．带电粒子在磁场中可能做匀速直线运动C．带电粒子可能做变速率圆周运动D．带电粒子在磁场中可能做螺旋运动【点拨】解答本题抓住这几点：一是带电粒子只受洛伦兹力作用；二是带电粒子的速率不会改变；三是带电粒子的初速度可能沿不同方向。【解答】答案选ABD。如果粒子初速度与磁场方向平行，则B正确。如果初速度方向与磁场垂直，则选A。如果初速度方向与磁场方向有一夹角，则可以将速度在垂直于磁场方向和平行于磁场方向进行分解，粒子将做螺旋运动。则选D.【变式训练1】关于带电粒子在磁场中只受洛伦兹力作用下的运动，下列说法正确的是：（）A．带电粒子在匀强磁场中一定做匀速圆周运动B．带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，...
