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成才之路 物理,路漫漫其修远兮 吾将上下而求索,人教版 选修3-1,磁场,第三章,6 带电粒子在匀强磁场中的运动,第三章,美国费米实验室的回旋加速器直径长达2km，请你探究分析回旋加速器直径为什么要这样大？,带电粒子在匀强磁场中的运动,1.洛伦兹力的特点 (1)洛伦兹力不改变带电粒子速度的_，或者说，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_，正好起到了向心力的作用。,大小,垂直,无关,匀速圆周,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仪器。 1构造 如图所示，主要由以下几部分组成：,带电粒子注射器 加速电场(U) _ _ 照相底片,速度选择器(B1、E),偏转磁场(B2),qU,qvB,1.构造图,回旋加速器,2工作原理 (1)电场的特点及作用 特点：两个D形盒之间的窄缝区域存在_的电场。 作用：带电粒子经过该区域时被_。 (2)磁场的特点及作用 特点：D形盒处于与盒面垂直的_磁场中。 作用：带电粒子在洛伦兹力作用下做_运动，从而改变运动方向，_周期后再次进入电场。,周期性变化,加速,匀强,匀速圆周,半个,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 (1)已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分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(如图a所示，图中P为入射点，M为出射点)。,(2)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，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图b所示，图中P为入射点，M为出射点)。,2带电粒子在不同边界磁场中的运动 (1)直线边界(进出磁场具有对称性，如图所示),(2)平行边界(存在临界条件，如图所示),(3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图所示),二、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的程序解题法三步法 1画轨迹 即确定圆心，几何方法求半径并画出轨迹。 2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。 3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、半径公式。,(河北正定中学20142015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a、b，以不同的速率对准圆心O沿着AO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，则下列说法正确的是( ) Aa粒子带负电，b粒子带正电 Ba粒子在磁场中所受洛伦兹力较大 Cb粒子动能较大 Db粒子在磁场中运动时间较长 答案：AC,(2)电场的作用：回旋加速器两个D形盒之间的窄缝区域存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，使之能量不断提高，需在窄缝两侧加上跟带电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电压。,答案：ACD,如图所示，在xOy平面内，y0的区域有垂直于xOy平面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，一质量为m、带电量大小为q的粒子从原点O沿与x轴正方向成60角方向以v0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粒子离开磁场时的位置。,带电粒子在匀强磁场中的运动,质谱仪原理如图所示，a为粒子加速器，电压为U1；b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d；c为偏转分离器，磁感应强度为B2。今有一质量为m、电荷量为e的正电子(不计重力)，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R的匀速圆周运动。求：,关于质谱仪和回旋加速器的问题,(1)粒子射出加速器时的速度v为多少？ (2)速度选择器的电压U2为多少？ (3)粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R为多大？,点评：解答此类问题要做到： (1)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。,(安徽黄山市20142015学年高二上学期期末)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D形金属盒，两盒间的狭缝中加有周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两个D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，则下列说法中正确的是( ) A增大匀强电场间的加速电压 B减小磁场的磁感应强度 C减小狭缝间的距离 D增大D形金属盒的半径 答案：D,如图所示，位于竖直平面内的坐标系xOy，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场，磁感应强度大小为B0.5T，还有沿x轴负方向的匀强电场，场强大小为E2N/C。在其第一象限空间有沿y轴负方向的、场强大小也为E的匀强电场，并在yh0.4m的区域有磁感应强度也为B的垂直于纸面向里的匀强磁场。一个带电荷量为q的油滴从图中第三象限的P点得到一初速度，恰好能沿PO作匀速直线运动(PO与x轴负方向的夹角为45)，并从原点O进入第一象限。已知重力加速度g10m/s2，问：,带电粒子在复合场中的运动,(1)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； (2)油滴在P点得到的初速度大小； (3)油滴在第一象限运动的时间。,解析：(1)根据受力分析(如图)可知,(湖南安化一中20142015学年高二上学期期末)如图所示，直角坐标系xOy位于竖直平面内，在水平的x轴下方存在匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度为B，方向垂直xOy平面向里，电场线平行于y轴。一质量为m、电荷量为q的带正电荷的小球，从y轴上的A点水平向右抛出。经x轴上的M点进入电场和磁场，恰能做匀速圆周运动，从x轴上的N点第一次离开电场和磁场，MN之间的距离为L，小球过M点时的速度方向与x轴正方向夹角为。不计空气阻力，重力加速度为g，求：,(1)电场强度E的大小和方向； (2)小球从A点抛出时初速度v0的大小； (3)A点到x轴的高度h。,正确答案：0.1T,
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