選修31第三章3.6帶電粒子在勻強磁場中的運動課前預習學案一、預習目標1、知道洛倫茲力對粒子不做功。2、知道帶電粒子的初速度方向與磁感應強度的方向垂直時，粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動。3、寫出帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑、周期公式。4、了解回旋加速器的工作原理。二、預習內(nèi)容1．帶電粒子在勻強磁場中的運動(1)帶電粒子的運動方向與磁場方向平行：做運動。(2)帶電粒子的運動方向與磁場方向垂直：粒子做運動且運動的軌跡平面與磁場方向。軌道半徑公式：周期公式：。(3)帶電粒子的運動方向與磁場方向成θ角：粒子在垂直于磁場方向作運動，在平行磁場方向作運動。疊加后粒子作等距螺旋線運動。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電荷的加速作用和磁場對運動電荷的偏轉(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)過狹縫時均被加速，使之能量不斷提高，要在狹縫處加一個電壓，產(chǎn)生交變電場的頻率跟粒子運動的頻率。⑷帶電粒子獲得的最大能量與D形盒有關。三、提出疑惑課內(nèi)探究學案一、學習目標1、理解洛倫茲力對粒子不做功。2、會推導帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑、周期公式，知道它們與哪些因素有關。3、了解回旋加速器的工作原理。二、學習過程例1三種粒子、、，它們以下列情況垂直進入同一勻強磁場，求它們的軌道半徑之比。①具有相同速度；③具有相同動能。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。然后讓粒子垂直進入磁感應強度為B的磁場中做勻速圓周運動，最后打到照相底片D上，如圖3所示。求①粒子進入磁場時的速率；②粒子在磁場中運動的軌道半徑。解答①粒子在S1區(qū)做初速度為零的勻加速直線運動。在S2區(qū)做勻速直線運動，在S3區(qū)做勻速圓周運動。由動能定理可知EQ\F(1,2)mv2＝qU確由此可解出：v＝EQ\R(EQ\F(2qU,m))②粒子在磁場中做勻速圓周運動的軌道半徑為：r＝EQ\F(mv,qB)＝EQ\R(EQ\F(2mU,qB2))r和進入磁場的速度無關，進入同一磁場時，r∝EQ\R(EQ\F(m,q))，而且這些個量中，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，它們進入磁場后將沿著不同的半徑做圓周運動，打到照相底片不同的地方，在底片上形成若干譜線狀的細條，叫質(zhì)譜線。每一條對應于一定的質(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。Lv0abvLv0abvθθyRRB(1)帶電粒子的運動軌跡及運動性質(zhì)(2)帶電粒子運動的軌道半徑(3)帶電粒子離開磁場電的速率(4)帶電粒子離開磁場時的偏轉(zhuǎn)角θ(5)帶電粒子在磁場中的運動時間t(6)帶電粒子離開磁場時偏轉(zhuǎn)的側(cè)位移解答⑴帶電粒子作勻速圓周運動；軌跡為圓周的一部分。⑵R＝EQ\F(mv0,qB)＝EQ\F(L,sinθ)⑶v＝v0⑷sinθ＝EQ\F(L,R)＝EQ\F(qBL,mv0)⑸t＝＝EQ\F(Rθ,v0)(θ弧度為單位)⑹y＝R－EQ\R(R2－L2)＝R(1－cosθ)三、反思總結(jié)四、當堂檢測1.兩個帶電粒子沿垂直磁場方向射入同一勻強磁場，它們在磁場中作勻速圓周運動的半徑相同，且轉(zhuǎn)動方向也相同，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．兩粒子的運動周期一定相同D．兩粒子所帶電荷種類一定相同2.在勻強磁場中，一個帶電粒子作勻速圓周運動，如果又順利垂直進入另一磁感應強度是原來磁感應強度2倍的勻強磁場，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?/4D．粒子的速率不變，周期減半3.兩個粒子，帶電量相等，在同一勻強磁場中只受磁場力而做勻速圓周運動（）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.若動量大小相等，則半徑一定相等D.若動量相等，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入同一勻強磁場中，它們在垂直于磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運動，它們的軌道半徑和運動周期關系是()A．R:R=1:2,T:T=1:2B.R:R=2:1,T:T=1:2C.R:R=1:2,T:T=2:1D.R:R=1:4,T:T=1:45.把擺球帶電的單擺置于勻強磁場中，如圖所示，當帶電擺球最初兩次經(jīng)過最低點時，相同的量是（）第7題A.小球受到的洛倫茲力B.擺線的拉力第7題C．小球的動能D.小球的加速度6.關于回旋加速器中電場和磁場的說法中正確的是（）A.電場和磁場都對帶電粒子起加速作用B.電場和磁場是交替地對帶電粒子做功的C.只有電場能對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動7.在回旋加速器內(nèi)，帶電粒子在半圓形盒內(nèi)經(jīng)過半個周期所需的時間與下列哪個量有關（）A.帶電粒子運動的速度B.帶電粒子運動的軌道半徑C.帶電粒子的質(zhì)量和電荷量D.帶電粒子的電荷量和動量課后練習與提高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能越大D．同一帶電粒子獲得的最大動能只與交流電壓的大小有關,而與交流電壓的頻率無關2．如圖所示，一導電金屬板置于勻強磁場中，當電流方向向上時，金屬板兩側(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題第３題第2題3.一個帶正電的微粒（不計重力）穿過如圖中勻強電場和勻強磁場區(qū)域時，恰能沿直線運動，則欲使電荷向下偏轉(zhuǎn)時應采用的辦法是（）A．增大電荷質(zhì)量B．增大電荷電量C．減少入射速度D．增大磁感應強度E．減少電場強度4．用同一回旋加速器分別對質(zhì)子和氚核()加速后（）A．質(zhì)子獲得的動能大于氚核獲得的動能B．質(zhì)子獲得的動能等于氚核獲得的動能C．質(zhì)子獲得的動能小于氚核獲得的動能D．質(zhì)子獲得的動量等于氚核獲得的動量5．關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，半徑越大，能量越大B．與加速器的磁場有關，磁場越強，能量越大C．與加速器的電場有關，電場越強，能量越大D．與帶電粒子的質(zhì)量和電荷量均有關，質(zhì)量和電荷量越大，能量越大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)進入場區(qū),才能沿直線通過B．帶負電粒子必須沿ba方向從右側(cè)進入場區(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)進入場區(qū),都能沿直線通過第７題第６題第６題7.如圖所示，a和b是從A點以相同的動能射入勻強磁場的兩個帶等量電荷的粒子運動的半圓形徑跡，已知ra=2rb，則由此可知（）A．兩粒子均帶正電，質(zhì)量比ma/mb=4B．兩粒子均帶負電，質(zhì)量比ma/mb=4C．兩粒子均帶正電，質(zhì)量比ma/mb=1/4D．兩粒子均帶負電，質(zhì)量比ma/mb=1/48.如圖所示，勻強磁場中有一個帶電量為q的正離子，自a點沿箭頭方向運動，當它沿圓軌道運動到b點時，突然吸收了附近的若干個電子，接著沿另一圓軌道運動到與a、b在一條直線上的c點，已知ac=ab/2.電子電量為e，由此可知，正離子吸收的電子個數(shù)為()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磁場中