3.6带电粒子在磁场中的偏转.doc

微山一中 高二物理组第六节 带电粒子在匀强磁场中的运动编制：刘树友 审核：何吉明 日期：2009.12.21教学目标：1.理解洛伦兹力对粒子不做功.2.理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度方向垂直时，粒子在磁场中做匀速圆周运动.3.了解质谱仪和回旋加速器的工作原理.教学重点和难点：洛伦兹力作用下带电粒子在匀强磁场中的运动教学过程：一、复习：1.运动电荷在磁场中所受的力称为_.通电导线在磁场中所受的_，实际是洛伦兹力的_.由此我们可以推断运动电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向可以根据_判定.2.在匀强磁场中，当运动电荷速度方向与磁场方向垂直时，运动电荷所受洛伦兹力F的大小取决于三个因素：_、_和_.二、新课教学：（一）带电粒子在匀强磁场中运动的分析1.垂直磁场方向射入匀强磁场的带电粒子，若仅受洛伦兹力作用，由于洛伦兹力的方向始终_磁场方向，则粒子所受洛伦兹力方向和初速度方向均在_于磁场的平面内，所以带电粒子只能在垂直于磁场的平面内运动.2.由于洛伦兹力的方向始终只能跟粒子的运动方向_，对粒子不做功，而不改变它运动速度的_，只改变粒子的运动方向，所以粒子以恒定速率运动，这也使粒子所受的洛伦兹力_始终不变.3.如图3-6-1所示，带电粒子受到一个大小不变、方向始终与粒子运动方向垂直的力，因此满足物体做_运动的条件，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，_提供其向心力.图3-6-1（二）轨道半径和周期1.根据牛顿第二定律，由F=F向，得qvB=m，所以轨道半径公式：r=.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径是由_、_、_以及_四个因素决定的；同一粒子在同一磁场中做匀速圆周运动时，它的半径与其_成正比.2.由qvB=m2r=m()2r得出运动周期公式：T=.周期是由带电粒子的_、_、_三个因素决定的，与其_和_无关.（三）质谱仪的工作原理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3-6-2所示，离子源S产生质量为m、电荷量为q的正离子，离子产生出来时速度很小，可以看作速度为零.产生的离子经过电压U的加速，进入磁感应强度为B的匀强磁场，在匀强磁场中沿着半圆周做匀速圆周运动，到达记录它的照相底片上的P点.由qU=mv2和r=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，就可判断带电荷量相同的粒子质量的大小，如果测出半径r且已知电荷量q，就可求出带电粒子的质量为：_.图3-6-2（四）回旋加速器 回旋加速器是用来获得高能粒子的实验设备，其核心部分是两个_金属扁盒.两D形盒的直径相对且留有一个窄缝，放在巨大的电磁铁两极间，磁场方向_于D形盒的底面.两D形盒分别接在高频交流电源的两极上，且高频交流电的_与带电粒子在D形盒中的_相同，带电粒子就可不断地被加速.典型例题探究图3-6-3例1、图3-6-3为云室中某粒子穿过铅板P前后的轨迹.室中匀强磁场的方向与轨迹所在平面垂直(图中垂直于纸面向里)，由此可知此粒子( )A. 一定带正电 B. 一定带负电C. 不带电 D. 可能带正电，也可能带负电 图3-6-3例2、如图3-6-4所示，以O点为圆心，r为半径的圆形空间存在着垂直纸面向里的匀强磁场，一带电粒子从A点正对O点以速度v0垂直于磁场射入，从C射出，AOC=120，则该粒子在磁场中运动的时间是多少？ 反馈练习 图3-6-41.在匀强磁场中，一个带电粒子做匀速圆周运动，如果又顺利垂直进入另一磁感应强度是原来磁感应强度2倍的匀强磁场，则 ( )A.粒子的速率加倍，周期减半 B.粒子速率不变，轨道半径减半C.粒子的速率减半，轨道半径变为原来的l4 D.粒子速率不变，周期减半2.如图3-6-5所示，ab是一弯管，其中心线是半径为R的一段圆弧.将弯管置于给定的匀强磁场中，磁场方向垂直于圆弧所在的平面(即纸面)，并且指向纸外，有一束粒子对准a端射入弯管，若粒子有不同的质量、不同的速度，但都是一价的正离子，则能沿中心线通过弯管的粒子必须( )A.速度大小一定 B.质量大小一定C.质量与速度乘积大小一定 D.动能大小一定 图3-6-5 图3-6-63.在图3-6-6中，水平导线中有电流I通过，导线正下方的电子初速度的方向与电流I的方主题:向相同，则电子将( )A.沿路径a运动，轨迹是圆 B.沿路径a运动，轨迹半径越来越大C.沿路径a运动，轨迹半径越来越小 D.沿路径b运动，轨迹半径越来越小4.如图3-6-7所示，在垂直纸面向里的匀强磁场的边界上，有两个质量和电荷量均相同的正、负离子，从O点以相同的速度射入磁场中，射入方向均与边界成角.若不计重力，关于正、负离子在磁场中的运动，下列说法正确的是（ ）A.运动的轨道半径不相同 B.重新回到边界的速度大小和方向都相同C.重新回到边界的位置与O点距离不相同 D.运动的时间相同 图3-6-7 图3-6-85.回旋加速器是利用较低电压的高频电源，使粒子经多次加速获得巨大速度的一种仪器，工作原理如图3-6-8.下列说法正确的是( )A.粒子在磁场中做匀速圆周运动B.粒子由A0运动到A1比粒子由A2运动到A3所用时间少C.粒子的轨道半径与它的速率成正比D.粒子的运动周期和运动速率成正比6.用回旋加速器来加速质子，为了使质子获得的动能增加为原来的4倍，原则上可采用下列哪几种方法( )A.将其磁感应强度增大为原来的2倍 B.将其磁感应强度增大为原来的4倍C.将D形金属盒的半径增大为原来的2倍 D.将D形金属盒的半径增大为原来的4倍7.如图3-6-9所示，质量为m、电荷量为q的带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，磁场的磁感应强度为B，粒子经过a点时，速度与直线ab成60角，ab与磁场垂直，ab间的距离为d，若粒子能从b点经过，则粒子从a到b所用的最短时间为( ) A. B. C.