2014年高中物理 3.6《帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)》學(xué)案 新人教版選修

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1、 3.6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng) 課前預(yù)習(xí)學(xué)案 一、預(yù)習(xí)目標(biāo) 1、知道洛倫茲力對(duì)粒子不做功。 2、知道帶電粒子的初速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直時(shí)，粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。 3、寫出帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑、周期公式。 4、了解回旋加速器的工作原理。 二、預(yù)習(xí)內(nèi)容 1．帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng) (1)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場方向平行：做　　　　運(yùn)動(dòng)。 (2)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場方向垂直：粒子做　　　　運(yùn)動(dòng)且運(yùn)動(dòng)的軌跡平面與磁場方向　　　。軌道半徑公式：　　 周期公式：　　　　。 (3)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場方向成θ角：粒子在垂直

2、于磁場方向作　　　　運(yùn)動(dòng)，在平行磁場方向作　　　　　運(yùn)動(dòng)。疊加后粒子作等距螺旋線運(yùn)動(dòng)。 2．質(zhì)譜儀是一種十分精密的儀器，是測量帶電粒子的　　和分析　　　的重要工具。 3．回旋加速器： (1)使帶電粒子加速的方法有：經(jīng)過多次　　直線加速；利用電場　　和磁場的　　作用，回旋　速。 (2) 回旋加速器是利用電場對(duì)電荷的加速作用和磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的偏轉(zhuǎn)作用，在　　的范圍內(nèi)來獲得　　　　的裝置。 (3)為了保證每次帶電粒子經(jīng)過狹縫時(shí)均被加速，使之能量不斷提高，要在狹縫處加一個(gè)　　電壓，產(chǎn)生交變電場的頻率跟粒子運(yùn)動(dòng)的頻率　　。 　　⑷帶電粒子獲得的最大能量與D形盒　　有關(guān)。 三、提出疑惑

3、 課內(nèi)探究學(xué)案 一、學(xué)習(xí)目標(biāo) 1、理解洛倫茲力對(duì)粒子不做功。 2、會(huì)推導(dǎo)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑、周期公式，知道它們與哪些因素有關(guān)。 3、了解回旋加速器的工作原理。 二、學(xué)習(xí)過程 例1 三種粒子、、，它們以下列情況垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場，求它們的軌道半徑之比。 ①具有相同速度； ③具有相同動(dòng)能。 - 1 - / 9 例2 如圖所示，一質(zhì)量為m，電荷量為q的粒子從容器A下方小孔S1飄入電勢差為U的加速電場。然后讓粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，最后打到照相底片D上，如圖3所示。求 ①粒子進(jìn)入磁場時(shí)的速率； ②粒子在磁場中運(yùn)

4、動(dòng)的軌道半徑。 解答 ①粒子在S1區(qū)做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。在S2區(qū)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在S3區(qū)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。 由動(dòng)能定理可知 mv2＝qU確 由此可解出 ： v＝ ②粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為： r＝＝ r和進(jìn)入磁場的速度無關(guān)，進(jìn)入同一磁場時(shí)，r∝，而且這些個(gè)量中，U、B、r可以直接測量，那么，我們可以用裝置來測量比荷。 質(zhì)子數(shù)相同而質(zhì)量數(shù)不同的原子互稱為同位素。在圖4中，如果容器A中含有電荷量相同而質(zhì)量有微小差別的粒子，根據(jù)例題中的結(jié)果可知，它們進(jìn)入磁場后將沿著不同的半徑做圓周運(yùn)動(dòng)，打到照相底片不同的地方，在底片上形成若干譜線狀的細(xì)條，叫質(zhì)譜線。每一

5、條對(duì)應(yīng)于一定的質(zhì)量，從譜線的位置可以知道圓周的半徑r，如果再已知帶電粒子的電荷量q，就可算出它的質(zhì)量。這種儀器叫做質(zhì)譜議。 L v0 a b v θ θ y R R B 例5 質(zhì)量為m，電荷量為q的粒子，以初速度v0垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、寬度為L的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，如圖所示。求 (1)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡及運(yùn)動(dòng)性質(zhì) (2)帶電粒子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑 (3)帶電粒子離開磁場電的速率 (4)帶電粒子離開磁場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角θ (5)帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t (6)帶電粒子離開磁場時(shí)偏轉(zhuǎn)的側(cè)位移 解答 ⑴帶電粒子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)；軌跡為圓周的一部分。 ⑵R＝＝ ⑶

6、v＝v0 ⑷sinθ＝＝ ⑸t＝＝ (θ弧度為單位) ⑹y＝R－＝R(1－cosθ) 三、反思總結(jié) 四、當(dāng)堂檢測 1.兩個(gè)帶電粒子沿垂直磁場方向射入同一勻強(qiáng)磁場，它們?cè)诖艌鲋凶鲃蛩賵A周運(yùn)動(dòng)的半徑相同，且轉(zhuǎn)動(dòng)方向也相同，那么這兩粒子的情況是 （ ） A．兩粒子的速度大小一定相同 B．兩粒子的質(zhì)量一定相同 C．兩粒子的運(yùn)動(dòng)周期一定相同 D．兩粒子所帶電荷種類一定相同 2. 在勻強(qiáng)磁場中，一個(gè)帶電粒子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如果又順利垂直進(jìn)入另一磁感應(yīng)強(qiáng)度是原來磁感應(yīng)強(qiáng)度2倍的勻強(qiáng)

7、磁場，則 （ ） A．粒子的速率加倍，周期減半 B．粒子的速率加倍，軌道半徑減半 C．粒子的速率減半，軌道半徑變?yōu)樵瓉淼?/4 D．粒子的速率不變，周期減半 3.兩個(gè)粒子，帶電量相等，在同一勻強(qiáng)磁場中只受磁場力而做勻速圓周運(yùn)動(dòng) （ ） A. 若速率相等，則半徑一定相等 B. 若質(zhì)量相等，則周期一定相等 C. 若動(dòng)量大小相等，則半徑一定相等 D. 若動(dòng)量相等，則周期一定相等 4.質(zhì)子（P）和α粒子（H）以相同的速度垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場中，它們?cè)诖怪庇诖艌龅钠矫鎯?nèi)做勻速圓周運(yùn)

8、動(dòng)，它們的軌道半徑和運(yùn)動(dòng)周期關(guān)系是 ( ) A．R:R=1:2, T :T=1:2 B. R:R=2:1, T :T=1:2 C. R:R=1:2, T :T=2:1 D. R:R=1:4, T :T=1:4 5.把擺球帶電的單擺置于勻強(qiáng)磁場中，如圖所示，當(dāng)帶電擺球最初兩次經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)，相同的量是 （ ） 第7題 A.小球受到的洛倫茲力 B.擺線的拉力 C．小球的動(dòng)

9、能 D.小球的加速度 6.關(guān)于回旋加速器中電場和磁場的說法中正確的是 （ ） A.電場和磁場都對(duì)帶電粒子起加速作用 B.電場和磁場是交替地對(duì)帶電粒子做功的 C.只有電場能對(duì)帶電粒子起加速作用 D.磁場的作用是使帶電粒子在D形盒中做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 7.在回旋加速器內(nèi)，帶電粒子在半圓形盒內(nèi)經(jīng)過半個(gè)周期所需的時(shí)間與下列哪個(gè)量有關(guān) （ ） A.帶電粒子運(yùn)動(dòng)的速度

10、 B.帶電粒子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑 C.帶電粒子的質(zhì)量和電荷量 D.帶電粒子的電荷量和動(dòng)量 課后練習(xí)與提高 1．在回旋加速器中,下列說法不正確的是 ( ) A．電場用來加速帶電粒子,磁場則使帶電粒子回旋 　 B．電場和磁場同時(shí)用來加速帶電粒子 　 C．在交流電壓一定的條件下,回旋加速器的半徑越大,同一帶電粒子獲得的動(dòng)能越大 　 D．同一帶電粒子獲得的最大動(dòng)能只與交流電壓的大小有關(guān),而與交流電壓的頻率無關(guān) 2．如圖所示，一導(dǎo)電金屬板置于勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)電流方向向上時(shí)，金

11、屬板兩側(cè)電子多少及電勢高低，判斷正確的是 （ ） A．左側(cè)電子較多，左側(cè)電勢較高 B．左側(cè)電子較多，右側(cè)電勢較高 C．右側(cè)電子較多，左側(cè)電勢較高 D．右側(cè)電子較多，右側(cè)電勢較高 第３題 第2題 3.一個(gè)帶正電的微粒（不計(jì)重力）穿過如圖中勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場區(qū)域時(shí)，恰能沿直線運(yùn)動(dòng)，則欲使電荷向下偏轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)采用的辦法是 　　　　（ ） A．增大電荷質(zhì)量 B．增大電荷電量

12、 C．減少入射速度 D．增大磁感應(yīng)強(qiáng)度 E．減少電場強(qiáng)度 4．用同一回旋加速器分別對(duì)質(zhì)子和氚核()加速后　　　　　　　　　　　（　?。? A．質(zhì)子獲得的動(dòng)能大于氚核獲得的動(dòng)能 B．質(zhì)子獲得的動(dòng)能等于氚核獲得的動(dòng)能 C．質(zhì)子獲得的動(dòng)能小于氚核獲得的動(dòng)能 D．質(zhì)子獲得的動(dòng)量等于氚核獲得的動(dòng)量 5．關(guān)于回旋加速器加速帶電粒子所獲得的能量，下列說法正確的是 ?。?　 ） A．與加速器的半徑有關(guān)，半徑越大，能量越大 B．與加速器的磁場有關(guān)，磁場越強(qiáng)，能量越大 C．與加速器的電場有關(guān)，電場越強(qiáng)，能量越大 D．與帶電粒子的質(zhì)量和電荷量均有關(guān)，質(zhì)量和電荷量越大，能量越大

13、 6．如圖所示是粒子速度選擇器的原理圖,如果粒子所具有的速率v=E/B那么( 　 　) A．帶正電粒子必須沿ab方向從左側(cè)進(jìn)入場區(qū),才能沿直線通過　 B．帶負(fù)電粒子必須沿ba方向從右側(cè)進(jìn)入場區(qū),才能沿直線通過 C．不論粒子電性如何,沿ab方向從左側(cè)進(jìn)入場區(qū),都能沿直線通過 第７題 D．不論粒子電性如何,沿ba方向從右側(cè)進(jìn)入場區(qū),都能沿直線通過 第６題 7.如圖所示，a和b是從A點(diǎn)以相同的動(dòng)能射入勻強(qiáng)磁場的兩個(gè)帶等量電荷的粒子運(yùn)動(dòng)的半圓形徑跡，已知ra=2rb ，則由此可知 （ ）

14、 A．兩粒子均帶正電，質(zhì)量比ma/mb=4 B．兩粒子均帶負(fù)電，質(zhì)量比ma/mb=4 C．兩粒子均帶正電，質(zhì)量比ma/mb=1/4 D．兩粒子均帶負(fù)電，質(zhì)量比ma/mb=1/4 8. 如圖所示，勻強(qiáng)磁場中有一個(gè)帶電量為q的正離子，自a點(diǎn)沿箭頭方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它沿圓軌道運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)時(shí)，突然吸收了附近的若干個(gè)電子，接著沿另一圓軌道運(yùn)動(dòng)到與a、b在一條直線上的c點(diǎn)，已知ac=ab/2.電子電量為e，由此可知，正離子吸收的電子個(gè)數(shù)為 ( )

15、 A． B． C． D． 9.如圖所示，質(zhì)量為m帶正電q的液滴，處在水平方向的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，液滴運(yùn)動(dòng)速度為v，若要液滴在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則施加的勻強(qiáng)電場方向?yàn)? ，場強(qiáng)大小為 ，從垂直于紙面向你看 ，液體的繞行方向?yàn)? 。 第14題 10.如圖所示,一束電子流以速率v通過一個(gè)處于矩形空間的勻強(qiáng)磁場,速度方向與磁感線垂直。且平行于矩形空間的其中一邊,矩形空間邊長為a和a電子剛好從矩形的相對(duì)的兩個(gè)頂點(diǎn)間通過,求電子在磁場中的飛行時(shí)間。 希望對(duì)大家有所幫助，多謝您的瀏覽！