高中物理課件：第五節(jié)《帶電粒子在磁場中的運動》（人教版選修3-1）

《高中物理課件：第五節(jié)《帶電粒子在磁場中的運動》（人教版選修3-1）》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理課件：第五節(jié)《帶電粒子在磁場中的運動》（人教版選修3-1）（44頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

歡迎進入物理課堂 第五節(jié)帶電粒子在磁場中的運動質(zhì)譜儀 核心要點突破 課堂互動講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第五節(jié) 課前自主學(xué)案 目標(biāo)概覽 目標(biāo)概覽 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 理解帶電粒子的初速度方向與磁感應(yīng)強度方向垂直時 做勻速圓周運動 2 會推導(dǎo)帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑 周期公式 并會用它們解答有關(guān)問題 3 知道質(zhì)譜儀的工作原理 重點難點 1 帶電粒子垂直射入勻強磁場中的運動半徑和運動周期 2 確定垂直射入勻強磁場中的帶電粒子的運動是勻速圓周運動 課前自主學(xué)案 一 演示實驗如圖15 5 1中甲 乙所示圖15 5 11 不加磁場時 觀察到電子束的徑跡是 2 加上磁場時 電子束的徑跡是 增加電子的速度 圓周半徑 增強磁場的磁感應(yīng)強度 圓周半徑 一條直線 一個圓 增大 減小 二 帶電粒子在磁場中的運動1 洛倫茲力不改變帶電粒子速度的 或者說 洛倫茲力不對帶電粒子 2 洛倫茲力總與速度方向 正好起到了向心力的作用 3 沿著與磁場方向垂直的方向射入磁場的帶電粒子 在勻強磁場中做 大小 做功 垂直 勻速圓周運動 三 質(zhì)譜儀1 質(zhì)譜儀是測量帶電粒子的 和分析 的重要工具 其原理示意圖及結(jié)構(gòu)圖如圖15 5 2所示 圖15 5 2 質(zhì)量 同位素 qU qvB 圓周的半徑 粒子的比荷 q m 粒子質(zhì)量 核心要點突破 一 帶電粒子在勻強磁場中的運動1 垂直進入勻強磁場的帶電粒子 它的初速度和所受洛倫茲力的方向都在跟磁場方向垂直的平面內(nèi) 沒有任何作用力使粒子離開這個平面 所以粒子只能在這個平面內(nèi)運動 2 垂直射入勻強磁場的帶電粒子 受到的洛倫茲力總跟粒子的運動方向垂直 所以帶電粒子做勻速圓周運動 特別提醒 1 只有垂直于磁感應(yīng)強度方向進入勻強磁場的帶電粒子 才能在磁場中做勻速圓周運動 2 帶電粒子做勻速圓周運動的半徑與帶電粒子進入磁場時速率的大小有關(guān) 而周期與速率 半徑都無關(guān) 二 如何確定軌道圓心 軌道半徑和偏向角1 已知入射方向和出射方向時 可以通過入射點和出射點作垂直于入射方向和出射方向的直線 兩條直線的交點就是圓弧軌道的圓心 如圖15 5 3甲所示 P為入射點 M為出射點 O為軌道圓心 圖15 5 3 2 已知入射方向和出射點的位置時 可以通過入射點作入射方向的垂線 連接入射點和出射點 作其中垂線 這兩條垂線的交點就是圓弧軌道的圓心 如圖15 5 3乙所示 P為入射點 M為出射點 O為軌道圓心 圖15 5 4 課堂互動講練 如圖15 5 5所示 矩形MNPQ區(qū)域內(nèi)有方向垂直于紙面的勻強磁場 有5個帶電粒子從圖中箭頭所示位置垂直于磁場邊界進入磁場 在紙面內(nèi)做勻速圓周運動 運動軌跡為相應(yīng)的圓弧 這些粒子的質(zhì)量 電荷量以及速度大小如下表所示 由以上信息可知 從圖中a b c處進入的粒子對應(yīng)表中的編號分別為 A 3 5 4B 4 2 5C 5 3 2D 2 4 5圖15 5 5 又據(jù)題圖可知有3種粒子的電性相同 包括a b 另兩種粒子的電性也相同 包括c 但與前3種的電性相反 綜合以上情況可知 只有選項D正確 答案 D 點評 熟練掌握帶電粒子在勻強磁場中做圓周運動的軌道半徑公式 理解軌道半徑與粒子質(zhì)量 電量 速度和磁感應(yīng)強度的關(guān)系 變式訓(xùn)練1質(zhì)子 p 和 粒子以相同的速率在同一勻強磁場中做勻速圓周運動 軌道半徑分別為Rp和R 周期分別為Tp和T 則下列選項正確的是 粒子的質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的4倍 粒子的電荷量是質(zhì)子電荷量的2倍 A Rp R 1 2 Tp T 1 2B Rp R 1 1 Tp T 1 1C Rp R 1 1 Tp T 1 2D Rp R 1 2 Tp T 1 1 如圖15 5 6所示 直線MN上方有垂直紙面向外的足夠大的有界勻強磁場區(qū)域 磁感應(yīng)強度為B 正 負(fù)電子同時從O點以與MN成30 角的相同速度v射入該磁場區(qū)域 電子質(zhì)量為m 電量為e 經(jīng)一段時間后從邊界MN射出 求 圖15 5 6 1 它們從磁場中射出時 出射點間的距離 2 它們從磁場中射出的時間差 點評 求解帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的一般思路 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)強度 運動速度相聯(lián)系 偏轉(zhuǎn)角度與圓心角 運動時間相聯(lián)系 在磁場中運動的時間與周期相聯(lián)系 3 用規(guī)律 即牛頓第二定律和圓周運動的規(guī)律 特別是周期公式 半徑公式 變式訓(xùn)練2空間存在方向垂直于紙面向里的勻強磁場 圖15 5 8中的正方形為其邊界 一細(xì)束由兩種粒子組成的粒子流沿垂直于磁場的方向從O點入射 這兩種粒子帶同種電荷 它們的電荷量 質(zhì)量均不同 但其比荷相同 且都包含不同速率的粒子 不計重力 下列說法正確的是 圖15 5 8 A 入射速度不同的粒子在磁場中的運動時間一定不同B 入射速度相同的粒子在磁場中的運動軌跡一定相同C 在磁場中運動時間相同的粒子 其運動軌跡一定相同D 在磁場中運動時間越長的粒子 其軌跡所對的圓心角一定越大 長為L的水平極板間 有垂直紙面向里的勻強磁場 如圖15 5 9所示 磁感應(yīng)強度為B 板間距離也為L 板不帶電 現(xiàn)有質(zhì)量為m 電荷量為q的帶正電粒子 不計重力 從左邊極板間中點處垂直于磁感線以速度v水平射入磁場 欲使粒子不打在極板上 其入射速度是多少 圖15 5 9 圖15 5 10 點評 解答此類問題的關(guān)鍵是確定粒子圓周運動的圓心 半徑和軌跡 找圓心的方法是根據(jù)粒子進入磁場時的初始條件和射出磁場時的臨界條件 確定粒子半徑要用到幾何知識 根據(jù)邊角關(guān)系確定 變式訓(xùn)練3一磁場寬度為L 磁感應(yīng)強度為B 如圖15 5 11所示 一電荷質(zhì)量為m 帶電荷量為 q 不計重力 以一速度 方向如圖 射入磁場 若不使其從右邊界飛出 則電荷的速度應(yīng)為多大 圖15 5 11 如圖15 5 12所示為圖15 5 12 質(zhì)譜儀的示意圖 速度選擇器部分的勻強電場場強E 1 2 105V m 勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B1 0 6T 偏轉(zhuǎn)分離的磁感應(yīng)強度為B2 0 8T 求 1 能通過速度選擇器的粒子速度為多大 2 質(zhì)子和氘核進入偏轉(zhuǎn)分離器后打在照相底片上后 條紋之間的距離d為多少 已知一個中子和一個質(zhì)子的質(zhì)量相等 都為1 66 10 27kg 答案 1 2 105m s 2 5 2 10 3m 變式訓(xùn)練4如圖15 5 13所示是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖 帶電粒子被加速電場加速后 進入速度選擇器 速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強磁場和勻強電場的強度分別為B和E 平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2 平板S下方有強度為B0的勻強磁場 下列表述正確的是 圖15 5 13A 質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具B 速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向外C 能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于E BD 粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P 粒子的荷質(zhì)比越小 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全