2019-2020年高中物理 帶電粒子在勻強磁場中的運動導學案新人教版選修3-1【學習目標】1理解帶電粒子的初速度方向與磁感應強度的方向垂直時，帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動。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，并會應用它們解答有關問題。3知道質譜儀與回旋加速器的工作原理【學習重點】帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑和周期公式，并能用來分析有關問題?！緦W習難點】帶電粒子在勻強磁場中的受力分析及運動徑跡?！締栴}導學】 目標一：帶電粒子在勻強磁場中的運動1帶電粒子平行射入勻強磁場中，將如何運動？2帶電粒子垂直射入勻強磁場中，將如何運動？（1）粒子所受磁場力與運動速度的特點：（2）粒子運動的特點：3帶電粒子與磁場方向有一夾角（0,90,180除外）射入勻強磁場中，將如何運動？目標二: 帶電粒子在勻強磁場中的勻速圓周運動的半徑1帶電粒子垂直射入勻強磁場做勻速圓周運動，洛倫茲力提供向心力。2圓周運動的軌道半徑:3質譜儀:通過測出粒子圓周運動的半徑，計算粒子的比荷或質量及分析同位素的儀器.例1、一個質量為m、電荷量為q的粒子，從容器下方的小孔S1飄入電勢差為U的加速電場，其初速度幾乎為零，然后經過S3沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度為B的勻強磁場中，最后打到照相底片D上。（1）求粒子進入磁場時的速率。（2）求粒子在磁場中運動的軌道半徑。目標三: 帶電粒子在勻強磁場中的勻速圓周運動的周期1圓周運動的周期:2回旋加速器:（1）直線加速器加速原理：利用加速電場對帶電粒子做正功使帶電粒子的動能增加，qU=DEk直線加速器，多級加速如圖所示是多級加速裝置的原理圖困難：技術上不能產生過高電壓；加速設備長。（2）回旋加速器：解決上述困難的一途徑是把加速電場“卷起來”，用磁場控制軌跡，用電場進行加速。結構：兩個D形盒及兩個大磁極，D形盒間的窄縫，高頻交流電原理：電場使粒子加速，磁場使粒子回旋。粒子被加速后，運動速率和運動半徑都會增加，它的運動周期會增加嗎?對D形盒窄縫間的交流電壓的周期有什么要求？回旋加速器加速的帶電粒子的最終能量由哪些因素決定?例2、關于回旋加速器的工作原理，下列說法正確的是：（ ）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、同一加速器，對某種確定的粒子，它獲得的最大動能由加速電壓決定D、為了是粒子不斷獲得加速，粒子圓周運動的周期等于交流電的半周期基礎題（一看就懂，一做就會）1.關于帶電粒子在磁場中的運動，下列說法正確的是（ ）A、帶電粒子飛入勻強磁場后，一定做勻速圓周運動B、帶電粒子飛入勻強磁場后做勻速圓周運動時，速度一定不變C、帶電粒子飛入勻強磁場后做勻速圓周運動時，洛侖茲力的方向總和運動方向垂直D、帶電粒子飛入勻強磁場后做勻速圓周運動時，動能一定保持不變2.質子和粒子在同一勻強磁場中做半徑相同的圓周運動，由此可知，質子的動能E1和粒子的動能E2之比E1：E2等于（ ）A、4：1 B、1：1 C、1：2 D、2：13. 帶電粒子以相同的速度分別垂直進入勻強電場和勻強磁場時，它將（ ）A、在勻強電場中做勻速圓周運動 B、在勻強磁場中做變加速曲線運動C、在勻強電場中做拋物線運動 D、在勻強磁場中做拋物線運動4. 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?/4 D粒子的速率不變，周期減半5.如圖所示，在垂直紙面向里的勻強磁場中，有a、b兩個電子從同一處沿垂直磁感線方向開始運動，a的初速度為v，b的初速度為2v則（ ）Aa先回到出發(fā)點 Bb先回到出發(fā)點 Ca、b的軌跡是一對內切圓，且b的半徑大 Da、b的軌跡是一對外切圓，且b的半徑大 6.質譜儀是一種測定帶電粒子質量和分析同位素的重要工具，它的構造原理如圖，離子源S產生的各種不同正離子束(速度可看作為零)，經加速電場加速后垂直進入有界勻強磁場，到達記錄它的照相底片P上，設離子在P上的位置到入口處S1的距離為x，可以判斷（ ）A、若離子束是同位素，則x越大，離子質量越大B、若離子束是同位素，則x越大，離子質量越小C、只要x相同，則離子質量一定相同D、只要x相同，則離子的荷質比一定相同7. 回旋加速器中磁場的磁感應強度為B，D形盒的直徑為d，用該回旋加速器加速質量為m、電量為q的粒子，設粒子加速前的初速度為零。求：（1）粒子的回轉周期是多大？（2）高頻電極的周期為多大？（3）粒子的最大速度最大動能各是多大？（4）粒子在同一個D形盒中相鄰兩條軌道半徑之比達標題（跳起來，摘下豐收果）8. 一個帶電粒子,沿垂直于磁場的方向射入一勻強磁場,粒子的一段徑跡如圖所示,徑跡上的每小段都可以近似看成圓弧,由于帶電粒子使沿途空氣電離,粒子的能量逐漸減小(帶電荷量不變),從圖中情況可以確定（ ）A粒子從a到b,帶正電 B粒子從b到a,帶正電C粒子從a到b.帶負電 D粒子從b到a,帶負電9. 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 10.如圖所示，一質量為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=800V的加速電場，然后經過S3沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度為B=0.40T的勻強磁場中，最后打到底片D上.測得粒子在磁場中運動的軌道半徑為r=5cm。求帶電粒子的比荷是多少？11.一個帶負電粒子（質量為m，帶電量為q），以速率v在磁感應強度為B的勻強磁場中做逆時針圓周運動（沿著紙面），則該勻強磁場的方向為垂直于紙面向里還是向外？粒子運轉所形成的環(huán)形電流的大小為多大？ 拓展題（勇往直前，試一試）12. 如圖所示，帶電粒子進入勻強磁場，垂直穿過均勻鋁板，如果R1=20cm，R2=19cm，求帶電粒子能穿過鋁板多少次。（設鋁板對粒子的阻力恒定，粒子的電量不變）13. 有一回旋加速器，他的交變電壓的頻率為 12106Hz ，半圓形電極的半徑為0.532m。問加速氘核所需的磁感應強度為多大？氘核所能達到的最大動能為多大？其最大速率有多大？（已知氘核的質量為3.310-27kg,電荷量為1.6 10-19C）.