高中物理（人教版选修3-1）配套课件：第三章第7讲.pptx

第三章　磁 场第7讲　带电粒子在匀强磁场中的运动目标定位1.知道洛伦兹力做功的特点.2.掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律和分析方法.3.知道质谱仪、回旋加速器的构造和原理．栏目索引一、带电粒子在匀强磁场中的运动二、带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动分析三、质谱仪和回旋加速器对点检测 自查自纠知识梳理1.洛伦兹力演示仪(如图1所示)图1(1)励磁线圈不通电时，电子的轨迹为 .(2)励磁线圈通电后，电子的轨迹为 .(3)电子速度不变，磁感应强度增大时，圆半径 .(4)磁感应强度不变，速度增大时，圆半径 .直线圆减小增大答案一、带电粒子在匀强磁场中的运动2.带电粒子在匀强磁场中的运动(1)带电粒子(不计重力)在磁场中运动时，它所受的洛伦兹力总与速度方向 ，洛伦兹力在速度方向没有分量，所以洛伦兹力 带电粒子速度的大小，或者说，洛伦兹力对带电粒子 (填“做功”或“不做功”).(2)带电粒子(不计重力)以一定的速度v进入磁感应强度为B的匀强磁场中：①当v∥B时，带电粒子将做 .②当v⊥B时，带电粒子将做 .不改变垂直不做功匀速直线运动匀速圆周运动答案洛伦兹力提供向心力，即qvB＝ .得轨道半径r＝ .运动周期T＝ ＝ .答案【深度思考】增加带电粒子的速度，其在匀强磁场中运动的周期如何变化？为什么？答案　不变.由T＝ 知带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期与速度无关.答案典例精析例1　 质子和α粒子由静止出发经过同一加速电场加速后，沿垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，则它们在磁场中的各运动量间的关系正确的是(　)A.速度之比为2∶1 B.周期之比为1∶2C.半径之比为1∶2 D.角速度之比为1∶1解析答案返回答案　B返回知识梳理在研究带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，着重把握“一找圆心，二求半径，三定时间”的方法.1.圆心的确定方法：两线定一“心”(1)圆心一定在垂直于速度的直线上.如图2甲所示，已知入射点P(或出射点M)的速度方向，可通过入射点和出射点作速度的垂线，两条直线的交点就是圆心.(2)圆心一定在弦的中垂线上.如图乙所示，作P、M连线的中垂线，与其一速度的垂线的交点为圆心.图2二、带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动分析2.求半径方法(2)　由轨迹和约束边界间的几何关系求解半径r.3.定时间4.圆心角与偏向角、圆周角的关系两个重要结论：(1)带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向之间的夹角φ叫做偏向角，偏向角等于圆弧 对应的圆心角α，即α＝φ，如图3所示.(2)圆弧 所对应圆心角α等于弦 与切线的夹角(弦切角)θ的2倍，即α＝2θ，如图所示.图3典例精析例2　如图4所示，一束电荷量为e的电子以垂直于磁场方向(磁感应强度为B)并垂直于磁场边界的速度v射入宽度为d的磁场中，穿出磁场时速度方向和原来射入方向的夹角为θ＝60°.求电子的质量和穿越磁场的时间.图4解析答案返回解析　过M、N作入射方向和出射方向的垂线，两垂线交于O点，O点即电子在磁场中做匀速圆周运动的圆心，连结ON，过N作OM的垂线，垂足为P，如图所示.解析答案返回知识梳理1.质谱仪(1)原理如图5所示图5三、质谱仪和回旋加速器(2)加速：带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理：qU(3)偏转：带电粒子进入质谱仪的偏转磁场，洛伦兹力提供向心力：qvB(4)由①②两式可以求出粒子的 、 以及偏转磁场的 等.(5)应用：可以测定带电粒子的质量和分析 .比荷磁感应强度质量同位素答案【深度思考】质谱仪是如何区分同位素的？答案2.回旋加速器(1)构造：如图6所示，D1、D2是两个中空的半圆形金属盒，D形盒的缝隙处接有交流电源，D形盒处于 中.匀强磁场图6(2)原理：①粒子从 中获得动能，磁场的作用是改变粒子的 .速度方向电场答案②周期：交流电的周期与粒子做圆周运动的周期 ，周期T＝ ，与粒子速度大小v (填“有关”或“无关”).③粒子的最大动能Ekm＝ mv2，再由qvB＝ 得：Ekm＝ ，最大动能决定于 和 .相等无关磁感应强度BD形盒的半径r答案【深度思考】(1)回旋加速器中，随着粒子速度的增加，缝隙处的电场的频率如何变化而能使粒子在缝隙处刚好被加速？答案　不变.虽然粒子每经过一次加速，其速度和轨道半径就增大，但是粒子做圆周运动的周期不变，所以电场的改变频率保持不变就行.(2)粒子在回旋加速器中加速获得的最大动能与交变电压的大小有何关系？答案　没有关系.回旋加速器所加的交变电压的大小只影响加速次数，与粒子获得的最大动能无关.答案典例精析例3　如图7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.速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有磁