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【赢在课堂】2014年高中物理(新课标人教版)选修3-1配套课件 25 带电粒子在匀强磁 场中的运动


6 带电粒子在匀强磁场中的运动 目录 退出 课前预习导学 目标导航 学习目标 1. 会分析带电粒子垂直进 入磁场后,在洛伦兹力的作用下 做匀速圆周运动。 2. 会分析带电粒子在磁场中做 匀速圆周运动的规律 , 能求其运 动半径和周期。 3. 能解决关于质谱仪 , 回旋加速 器工作原理的有关问题。 重点:带电粒子在磁场中做圆周 运动的有关问题以及质谱仪、 回旋加 速器的工作原理。 难点:带电粒子做匀速圆周运动的分 析方法的掌握。 重点难点 目录 退出 预习 导引 1 .带电粒子在匀强磁场中的运动 (1)只考虑磁场作用力时,平行射入匀强磁场中的带电粒子,做匀速 直线运动。 (2)垂直射入匀强磁场中的带电粒子 ,在洛伦兹力的作用下做匀速 圆周运动。其轨道半径 r= 电粒子的运动周期与粒子的质量成正比,与电荷量和磁感应强度成反 比,而与轨道半径和运动速率无关。 mv 2 m ,轨道运行周期 T= , 由周期公式可知带 qB qB 预习交流 1 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力是由什么力提供 的? mv 2 答案: 向心力由洛伦兹力提供,即 qvB= 。 R 目录 退出 2.回旋加速器 (1)回旋加速器的核心部件是两个 D 形盒。 (2)粒子每经过一次加速,其轨道半径变大,粒子圆周运动的周期不 变。 (3)最大动能:由 mv2 qvB= 和 R 1 Ek= mv2 得 2 q 2 B2 R 2 E k= ,R 2m 为 D 形盒的半 径,即粒子在回旋加速器中获得的最大动能与 q、m、B、R 有关,与加速 电压无关。 预习交流 2 回旋加速器上所加交流电的周期是否需要随粒子速度的变化而变 化呢? 答案:不需要。因为粒子运动周期只与磁感应强度和比荷有关。 目录 退出 课堂合作探究 问题导学 一、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的分析方法 活动与探究 1 1.带电粒子在匀强磁场中可能做什么运动? 答案:带电粒子平行于磁场方向进入匀强磁场后做匀速直线运动; 垂直进入匀强磁场后做匀速圆周运动;斜进入匀强磁场后做螺旋线运 动。 目录 退出 2.如何确定带电粒子做不完整匀速圆周运动的圆心、半径及运动 时间? 答案:(1)圆心的确定 带电粒子进入一个有界磁场后的轨迹是一段圆弧,如何确定圆心 问题是解题的关键。 首先,有一个最基本的思维方法:圆心一定在与速度 方向垂直的直线上。 在实际问题中,圆心位置的确定通常有以下两种基本方法: ①已知入射方向和出射方向时,可通过入射点和出射点作垂直于 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(如 图甲所示,P 为入射点,M 为出射点)。 目录 退出 ②已知入射方向和出射点的位置时,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,这两条垂线的交点就是圆弧 轨道的圆心(如图乙所示,P 为入射点,M 为出射点)。 (2)半径的确定和计算 半径的计算一般可利用几何知识,通过解三角形的办法求解。并注 意以下几个特点: 目录 退出 ①粒子速度的偏向角 φ 等于回旋角 α(圆心角 α),并等于 AB 弦与切 线的夹角(弦切角 θ)的 2 倍。如图所示,即 φ=α=2θ。 ②相对的弦切角 θ 相等,与相邻的弦切角 θ'互补,即 θ+θ'=180° 。 (3)粒子在磁场中运动时间的确定 ①利用回旋角 α(圆心角)计算运动时间,粒子在磁场中运动一周的 时间为 T,则粒子运动的圆弧所对应的圆心角为 α 时,其运动时间 t= α T。 360° ②当 v 一

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