2016年春高中物理人教选修3-1课件 第3章 6带电粒子在匀强磁场中的运动

1、成才之路成才之路 物理物理路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮 吾将上下而求索吾将上下而求索人教版人教版 选修选修3-1 第三章磁场第三章磁场成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 磁场磁场第三章第三章第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 6带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动 第三章第三章第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 学习目标定位学习目标定位1课堂情景切入课堂情景切入2知识

2、自主梳理知识自主梳理3重点难点突破重点难点突破4考点题型设计考点题型设计5课课 时时 作作 业业8易错案例剖析易错案例剖析6课堂知识构建课堂知识构建7第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 学习目标定位学习目标定位第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 掌握带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹掌握带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹及做功情况及做功情况了解质谱仪和回旋加速器的工作原理了解质谱仪和回旋加速器的工作原理第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课

3、程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 课堂情景切入课堂情景切入第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 美国费米实验室的回旋加速器直径长达美国费米实验室的回旋加速器直径长达2km，请你探究分，请你探究分析回旋加速器直径为什么要这样大？析回旋加速器直径为什么要这样大？第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 知识自主梳理知识自主梳理第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修

4、3-1 带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动1.洛伦兹力的特点洛伦兹力的特点(1)洛伦兹力不改变带电粒子速度的洛伦兹力不改变带电粒子速度的_，或者说，或者说，洛伦兹力对带电粒子不做功。洛伦兹力对带电粒子不做功。(2)洛伦兹力方向总与速度方向洛伦兹力方向总与速度方向_，正好起到了向，正好起到了向心力的作用。心力的作用。大小大小垂直垂直第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 无关无关 匀速圆周匀速圆周 第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1

5、 质谱仪质谱仪用来分析各种元素的同位素并测量其质量及含量百分比的用来分析各种元素的同位素并测量其质量及含量百分比的仪器。仪器。1构造构造如图所示，主要由以下几部分组成：如图所示，主要由以下几部分组成：第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 带电粒子注射器带电粒子注射器加速电场加速电场(U)_照相底片照相底片速度选择器速度选择器(B1、E)偏转磁场偏转磁场(B2)第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 qUqvB第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程

6、高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 1.构造图构造图回旋加速器回旋加速器第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 2工作原理工作原理(1)电场的特点及作用电场的特点及作用特点：两个特点：两个D形盒之间的窄缝区域存在形盒之间的窄缝区域存在_的电的电场。场。作用：带电粒子经过该区域时被作用：带电粒子经过该区域时被_。(2)磁场的特点及作用磁场的特点及作用特点：特点：D形盒处于与盒面垂直的形盒处于与盒面垂直的_磁场中。磁场中。作用：带电粒子在洛伦兹力作用下做作用：带电粒子在洛伦兹力作用下做_运动，

7、从运动，从而改变运动方向，而改变运动方向，_周期后再次进入电场。周期后再次进入电场。周期性变化周期性变化加速加速匀强匀强匀速圆周匀速圆周半个半个第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 重点难点突破重点难点突破第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 一、带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题一、带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题1圆心的确定圆心的确定(1)已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分

8、别作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是别作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心圆弧轨道的圆心(如图如图a所示，图中所示，图中P为入射点，为入射点，M为出射点为出射点)。第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 (2)已知入射点和出射点的位置时，可以通过入射点作入射已知入射点和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心的交点就是圆弧轨道的圆心(如图如图b所示，

9、图中所示，图中P为入射点，为入射点，M为出射点为出射点)。第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 2带电粒子在不同边界磁场中的运动带电粒子在不同边界磁场中的运动(1)直线边界直线边界(进出磁场具有对称性，如图所示进出磁场具有对称性，如图所示)第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 (2)平行边界平行边界(存在临界条件，如图所示存在临界条件，如图所示)第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修

10、3-1 (3)圆形边界圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图所示沿径向射入必沿径向射出，如图所示)第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 二、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的程序解题二、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的程序解题法法三步法三步法1画轨迹画轨迹即确定圆心，几何方法求半径并画出轨迹。即确定圆心，几何方法求半径并画出轨迹。2找联系找联系轨道半径与磁感应强度、运动速度相联系，偏转角度与圆轨道半径与磁

11、感应强度、运动速度相联系，偏转角度与圆心角、运动时间相联系，在磁场中运动的时间与周期、圆心角心角、运动时间相联系，在磁场中运动的时间与周期、圆心角相联系。相联系。3用规律用规律即牛顿第二定律和圆周运动的规律，特别是周期公式、半即牛顿第二定律和圆周运动的规律，特别是周期公式、半径公式。径公式。第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 (河北正定中学河北正定中学20142015学年高二下学期期中学年高二下学期期中)两个质量相同、所带电荷量相等的带电粒子两个质量相同、所带电荷量相等的带电粒子a、b，以不，以不同的速率对准圆心同的速

12、率对准圆心O沿着沿着AO方向射入圆形匀强磁场区域，其方向射入圆形匀强磁场区域，其运动轨迹如图所示，若不计粒子的重力，则下列说法正确的运动轨迹如图所示，若不计粒子的重力，则下列说法正确的是是()Aa粒子带负电，粒子带负电，b粒子带正电粒子带正电Ba粒子在磁场中所受洛伦兹力较大粒子在磁场中所受洛伦兹力较大Cb粒子动能较大粒子动能较大Db粒子在磁场中运动时间较长粒子在磁场中运动时间较长答案：答案：AC第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理

13、物理 选修选修3-1 第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 (2)电场的作用：回旋加速器两个电场的作用：回旋加速器两个D形盒之间的窄缝区域存形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的并垂直于两在周期性变化的并垂直于两D形盒正对截面的匀强电场，带电形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速。粒子经过该区域时被加速。(3)交变电压：为保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速，交变电压：为保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速，使之能量不断提高，需在窄缝两侧加上跟带电粒子在使之能量不断提高，需在窄缝两侧加上跟带电粒子在D形盒中形盒中运动

14、周期相同的交变电压。运动周期相同的交变电压。第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 答案：答案：ACD第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 考点题型设计考点题型设计第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习

15、指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 如图所示，在如图所示，在xOy平面内，平面内，y0的区域有垂直于的区域有垂直于xOy平面向里的匀强磁场，磁感应强度为平面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，一质量为，一质量为m、带电、带电量大小为量大小为q的粒子从原点的粒子从原点O沿与沿与x轴正方向成轴正方向成60角方向以角方向以v0射射入，粒子的重力不计，求带电粒子在磁场中运动的时间和带电入，粒子的重力不计，求带电粒子在磁场中运动的时间和带电粒子离开磁场时的位置。粒子离开磁场时的位置。带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学

16、习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修

17、3-1 质谱仪原理如图所示，质谱仪原理如图所示，a为粒子加速器，电压为粒子加速器，电压为为U1；b为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为B1，板间距离为板间距离为d；c为偏转分离器，磁感应强度为为偏转分离器，磁感应强度为B2。今有一质量。今有一质量为为m、电荷量为、电荷量为e的正电子的正电子(不计重力不计重力)，经加速后，该粒子恰，经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做半径为能通过速度选择器，粒子进入分离器后做半径为R的匀速圆周的匀速圆周运动。求：运动。求：关于质谱仪和回旋加速器的问题关于质谱仪和回旋加速器的问题第三章第三章6成才之

18、路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 (1)粒子射出加速器时的速度粒子射出加速器时的速度v为多少？为多少？(2)速度选择器的电压速度选择器的电压U2为多少？为多少？(3)粒子在粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径磁场中做匀速圆周运动的半径R为多大？为多大？第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 点评：点评：解答此类问题要做到：解答此类问题要做到：(1)对带电粒

19、子进行正确的受力分析和运动过程分析。对带电粒子进行正确的受力分析和运动过程分析。(2)选取合适的规律，建立方程求解。选取合适的规律，建立方程求解。第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 (安徽黄山市安徽黄山市20142015学年高二上学期期末学年高二上学期期末)回旋加速器回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是两个中空的半圆是加速带电粒子的装置，其核心部分是两个中空的半圆D形金形金属盒，两盒间的狭缝中加有周期性变化的电场，使粒子在通属盒，两盒间的狭缝中加有周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两个过狭缝时都

20、能得到加速，两个D形金属盒处于垂直于盒底的匀形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法中正确的是列说法中正确的是()A增大匀强电场间的加速电压增大匀强电场间的加速电压B减小磁场的磁感应强度减小磁场的磁感应强度C减小狭缝间的距离减小狭缝间的距离D增大增大D形金属盒的半径形金属盒的半径答案：答案：D第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选

21、修选修3-1 如图所示，位于竖直平面内的坐标系如图所示，位于竖直平面内的坐标系xOy，在，在其第三象限空间有沿水平方向的、垂直于纸面向外的匀强磁其第三象限空间有沿水平方向的、垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为场，磁感应强度大小为B0.5T，还有沿，还有沿x轴负方向的匀强电轴负方向的匀强电场，场强大小为场，场强大小为E2N/C。在其第一象限空间有沿。在其第一象限空间有沿y轴负方向轴负方向的、场强大小也为的、场强大小也为E的匀强电场，并在的匀强电场，并在yh0.4m的区域有磁的区域有磁感应强度也为感应强度也为B的垂直于纸面向里的匀强磁场。一个带电荷量的垂直于纸面向里的匀强磁场。一个带电荷量

22、为为q的油滴从图中第三象限的的油滴从图中第三象限的P点得到一初速度，恰好能沿点得到一初速度，恰好能沿PO作匀速直线运动作匀速直线运动(PO与与x轴负方向的夹角为轴负方向的夹角为45)，并从原点，并从原点O进入第一象限。已知重力加速度进入第一象限。已知重力加速度g10m/s2，问：，问：带电粒子在复合场中的运动带电粒子在复合场中的运动 第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 (1)油滴在第三象限运动时受到的重力、电场力、洛伦兹力油滴在第三象限运动时受到的重力、电场力、洛伦兹力三力的大小之比，并指出油滴带何种电荷；三力的大小之

23、比，并指出油滴带何种电荷；(2)油滴在油滴在P点得到的初速度大小；点得到的初速度大小；(3)油滴在第一象限运动的时间。油滴在第一象限运动的时间。 第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 解析：解析：(1)根据受力分析根据受力分析(如图如图)可知可知第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学

24、习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 第三章第三章6成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-1 (湖南安化一中湖南安化一中20142015学年高二上学期期末学年高二上学期期末)如图所如图所示，直角坐标系示，直角坐标系xOy位于竖直平面内，在水平的位于竖直平面内，在水平的x轴下方存在轴下方存在匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度为匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度为B，方向垂直，方向垂直xOy平面向里，电场线平行于平面向里，电场线平行于y轴。一质量为轴。一质量为m、电荷量为、电荷量为q的带正的带正电荷的小球，从电荷的小球，从y轴上的轴上的A点水平向右抛出。经点水平向右抛出。经x轴上的轴上的M点进点进入电场和磁场，恰能做匀速圆周运动，从入电场和磁场，恰能做匀速圆周运动，从x轴上的轴上的N点第一次点第一次离开电场和磁场，离开电场和磁场，MN之间的距离为之间的距离为L，小球过，小球过M点时的速度点