高三物理公开课—带电粒子在复合场中的运动PPT学习教案

1、会计学1高三物理公开课高三物理公开课带电粒子在复合场中带电粒子在复合场中的运动的运动 复合场是指电场、磁场和重力场并存，或其中某两场并存，或分区域存在第1页/共16页近五年高考试题全国卷试题统计：近五年高考试题全国卷试题统计：2007年卷年卷.25题题.22分分2007年卷年卷.25题题.20分分2008年卷年卷.25题题.22分分2009年卷年卷.26题题.21分（考多解问题）分（考多解问题）2009年卷年卷.25题题.18分分2010年卷年卷.26题题.21分（考临界值问题）分（考临界值问题）2010年卷年卷.26题题.21分分第2页/共16页知识热点知识热点带电粒子在匀强电场中的运动带电

2、粒子在匀强磁场中的运动1，加速 (1)用动力学观点分析:a= , E= , v2-v02=2ad (2)用功能观点分析:粒子只受电场力作用,电场力做的功等 于物体动能的变化.2，偏转（类平抛运动） 基本公式 运动时间t= (板长为l,板间距离为d,板间电压为U) 加速度 离开电场的偏转量 偏转角1若vB，带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中做匀速运动2若vB，带电粒子仅受洛伦兹力作用，在垂直于磁感线的平面内以入射速度v做匀速圆周匀速圆周运动mqEdU2022121mvmvqU0vlmqEmFadmqU221aty2022mdvqUl00tanvatvvy20mdvqUl第3页/共16页应用实例应

3、用实例一、电场磁场分区域应用实例一、电场磁场分区域应用实例1电视显像管电视显像管 电视显像管是应用电子束磁偏转 的原理来工作的，使电子束偏转的磁场是由两对偏转线圈产生的显像管工作时，由阴极发射电子束，利用磁场来使电子束偏转，实现电视技术中的扫描，使整个荧光屏都在发光第4页/共16页2质谱仪质谱仪(1)构造：如图所示，由粒子源、构造：如图所示，由粒子源、加速电场加速电场、偏转磁场偏转磁场和和照相底片等构成照相底片等构成 (2)原理：电场加速原理：电场加速 磁场偏转磁场偏转 由两式可得出需要研究的物理量，如由两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、粒子质量、比荷粒子轨道半径、粒子质量、比荷r

4、， m ， .qm思考：右图为氢原子的三条质谱线，你能思考：右图为氢原子的三条质谱线，你能判断出它们分别代表谁吗？判断出它们分别代表谁吗？第5页/共16页3回旋加速器回旋加速器(1)构造：如图所示，构造：如图所示，D1、D2是半圆金属盒，是半圆金属盒，D形盒的缝隙处形盒的缝隙处接接交流交流电源电源D形盒处于匀强磁场中形盒处于匀强磁场中（2）原理：）原理：运动周期运动周期2 mTBq2Bqfm思考：带电粒子（思考：带电粒子（m，q）经回旋加速器（，）加）经回旋加速器（，）加速后出盒速度为多少？速后出盒速度为多少？质子和经同一加速器加速后，出盒速度之比是质子和经同一加速器加速后，出盒速度之比是多少

5、？两次加速所加交变电压的频率之比是多少？多少？两次加速所加交变电压的频率之比是多少？粒子与粒子的运动速度和轨道半径无关与粒子的运动速度和轨道半径无关交变电压的频率交变电压的频率也与粒子的运动速度和轨道半径无关也与粒子的运动速度和轨道半径无关第6页/共16页二、电场磁场同区域并存应用实例二、电场磁场同区域并存应用实例1速度选择器速度选择器如图所示，平行板中电场强度如图所示，平行板中电场强度E的方向和磁感应强度的方向和磁感应强度B的方向互相的方向互相垂直垂直，这种装置能把具有一定速度的粒子选择，这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器出来，所以叫做速度选择器应用实例应用实例 当时

6、粒子作匀速直线运动粒子作匀速直线运动得：得：当时粒子向上偏转，得：当时粒子向上偏转，得：当时粒子向下偏转，得：当时粒子向下偏转，得：qEBqvqEBqvqEBqvEvBEvBEvB思考：被选出的粒子与粒子所带电量和电性有无关系？思考：被选出的粒子与粒子所带电量和电性有无关系？速度选择器中的电场和磁场的方向能否改变？速度选择器中的电场和磁场的方向能否改变？第7页/共16页2磁流体发电机磁流体发电机根据左手定则，如图中的根据左手定则，如图中的B板是发电机的正极磁流体发板是发电机的正极磁流体发电机两极板间的距离为电机两极板间的距离为d，等离子体速度为，等离子体速度为v，磁场磁感应，磁场磁感应强度为强

7、度为B，则两极板间能达到的最大电势差，则两极板间能达到的最大电势差U？Bdv第8页/共16页3电磁流量计电磁流量计工作原理：如图所示，圆形导管直径为工作原理：如图所示，圆形导管直径为d，用，用非磁性材料非磁性材料 制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中的自由电制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中的自由电荷荷(正、负离子正、负离子)，在洛伦兹力的作用下横向偏转，在洛伦兹力的作用下横向偏转，a、b间出现电势差，形成电场，当自由电荷所受的（间出现电势差，形成电场，当自由电荷所受的（）和（）平衡时，）和（）平衡时，a、b间的电势差就保持稳定，间的电势差就保持稳定，即即UvB d4d UB电场力电

8、场力洛伦兹力洛伦兹力因此液体流量因此液体流量QSvUBqvqEqd所以所以第9页/共16页1. (2009广东广东12)图图5是质谱仪的工作原理示意图带电粒子是质谱仪的工作原理示意图带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器速度选择器内相互被加速电场加速后，进入速度选择器速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和和E.平板平板S上上有可让粒子通过的狭缝有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片和记录粒子位置的胶片A1A2.平板平板S下方有强度为下方有强度为B0的匀强磁场下列表述正确的是的匀强磁场下列表述正确的是 ()图图 5 A.质谱仪是分析同位

9、素的重要工具质谱仪是分析同位素的重要工具 B.速度选择器中的磁场方向垂直纸速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外面向外 C.能通过的狭缝能通过的狭缝P的带电粒子的速的带电粒子的速率等于率等于E/B D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝缝P，粒子的荷质比越小，粒子的荷质比越小ABC小试身手小试身手第10页/共16页2(2009宁夏宁夏16)医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度电磁血流计由一对电极动脉的血流速度电磁血流计由一对电极a和和b以及一对磁极以及一对磁极N和和S构成，构成，磁极间的磁场是均匀的使用时

10、，两电极磁极间的磁场是均匀的使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图2所示由于血液中的所示由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差在之间会有微小电势差在达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零在某次监测中，两触点间的距离为电场力和磁场力的合力为零在某次监测中，两触点间的距离为3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，两

11、触点间的电势差为，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160 V，磁感应强度的大，磁感应强度的大小为小为0.040 T则血流速度的近似值和电极则血流速度的近似值和电极a、b的正负为的正负为 ()A小试身手小试身手第11页/共16页3.回旋加速器是用于加速带电粒子流，回旋加速器是用于加速带电粒子流，使之获得很大动能的仪器，其核心部使之获得很大动能的仪器，其核心部分是两个分是两个D形金属扁盒，两盒分别和形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒一高频交流电源两极相接，以便在盒间狭缝中形成匀强电场，使粒子每次间狭缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝都得到加速两盒放在匀强磁场中，磁场方向

12、垂直于盒底面穿过狭缝都得到加速两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子电荷量为，粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子电荷量为q、质量为、质量为m，粒子最大回旋半径为，粒子最大回旋半径为Rm，其运动轨迹如图，其运动轨迹如图17所示问：所示问：(1)粒子在盒内做何种运动？粒子在盒内做何种运动？(2)粒子在两盒间狭缝内做何种运动？粒子在两盒间狭缝内做何种运动？(3)所加交变电压频率为多大？粒子运动角速度为多大？所加交变电压频率为多大？粒子运动角速度为多大？(4)粒子离开加速器时速度为多大？粒子离开加速器时速度为多大？(5)设两设两D形盒间电场的电势差

13、为形盒间电场的电势差为U，盒间距离为，盒间距离为d，求加速，求加速到上述能量所需的时间到上述能量所需的时间小试身手小试身手第12页/共16页 4.(16分分)如图如图12甲是质谱仪的工作原理示意图设法使某有机化合物的气态分子导入图中的甲是质谱仪的工作原理示意图设法使某有机化合物的气态分子导入图中的A容器，使它受到电子束轰击，失去一个电子成为正一价的离子离子从狭缝容器，使它受到电子束轰击，失去一个电子成为正一价的离子离子从狭缝S1以很小的速度进入电压为以很小的速度进入电压为U的加速电场区的加速电场区(初速度不计初速度不计)，加速后再通过狭缝，加速后再通过狭缝S2从小孔从小孔G垂直于垂直于MN射入偏转磁场，该偏转磁场是一个以直线射入偏转磁场，该偏转磁场是一个以直线MN为上边界、方向垂直于纸面向外的匀强磁场，磁场的磁感应强度为为上边界、方向垂直于纸面向外的匀强磁场，磁场的磁感应强度为B.离子经偏转磁场后，最终到达照相底片上的离子经偏转磁场后，最终到达照相底片上的H点点(图中未画出图中未画出)，测得，测得G、H间的距离为间的距离为d，粒子的重力可忽略不计试求：，粒子的重力可忽略不计试求：(1)该粒子的荷质比该粒子的荷质比(q/m)(2)若偏转磁场为半径为若偏转磁场为半径为 的圆形区域，且与的圆形区域