2019-2020年高中物理 带电粒子在匀强磁场中的运动导学案新人教版选修3-1.doc

2019-2020年高中物理 带电粒子在匀强磁场中的运动导学案新人教版选修3-1【学习目标】1理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。2会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，知道它们与哪些因素有关，并会应用它们解答有关问题。3知道质谱仪与回旋加速器的工作原理【学习重点】带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期公式，并能用来分析有关问题。【学习难点】带电粒子在匀强磁场中的受力分析及运动径迹。【问题导学】 目标一：带电粒子在匀强磁场中的运动1带电粒子平行射入匀强磁场中，将如何运动？2带电粒子垂直射入匀强磁场中，将如何运动？（1）粒子所受磁场力与运动速度的特点：（2）粒子运动的特点：3带电粒子与磁场方向有一夹角（0,90,180除外）射入匀强磁场中，将如何运动？目标二: 带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动的半径1带电粒子垂直射入匀强磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。2圆周运动的轨道半径:3质谱仪:通过测出粒子圆周运动的半径，计算粒子的比荷或质量及分析同位素的仪器.例1、一个质量为m、电荷量为q的粒子，从容器下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为零，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上。（1）求粒子进入磁场时的速率。（2）求粒子在磁场中运动的轨道半径。目标三: 带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动的周期1圆周运动的周期:2回旋加速器:（1）直线加速器加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加，qU=DEk直线加速器，多级加速如图所示是多级加速装置的原理图困难：技术上不能产生过高电压；加速设备长。（2）回旋加速器：解决上述困难的一途径是把加速电场“卷起来”，用磁场控制轨迹，用电场进行加速。结构：两个D形盒及两个大磁极，D形盒间的窄缝，高频交流电原理：电场使粒子加速，磁场使粒子回旋。粒子被加速后，运动速率和运动半径都会增加，它的运动周期会增加吗?对D形盒窄缝间的交流电压的周期有什么要求？回旋加速器加速的带电粒子的最终能量由哪些因素决定?例2、关于回旋加速器的工作原理，下列说法正确的是：（ ）A、电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋B、电场和磁场同时用来加速带电粒子C、同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由加速电压决定D、为了是粒子不断获得加速，粒子圆周运动的周期等于交流电的半周期基础题（一看就懂，一做就会）1.关于带电粒子在磁场中的运动，下列说法正确的是（ ）A、带电粒子飞入匀强磁场后，一定做匀速圆周运动B、带电粒子飞入匀强磁场后做匀速圆周运动时，速度一定不变C、带电粒子飞入匀强磁场后做匀速圆周运动时，洛仑兹力的方向总和运动方向垂直D、带电粒子飞入匀强磁场后做匀速圆周运动时，动能一定保持不变2.质子和粒子在同一匀强磁场中做半径相同的圆周运动，由此可知，质子的动能E1和粒子的动能E2之比E1：E2等于（ ）A、4：1 B、1：1 C、1：2 D、2：13. 带电粒子以相同的速度分别垂直进入匀强电场和匀强磁场时，它将（ ）A、在匀强电场中做匀速圆周运动 B、在匀强磁场中做变加速曲线运动C、在匀强电场中做抛物线运动 D、在匀强磁场中做抛物线运动4. 在匀强磁场中，一个带电粒子作匀速圆周运动，如果又顺利垂直进入另一磁感应强度是原来磁感应强度2倍的匀强磁场，则（ ）A粒子的速率加倍，周期减半 B粒子的速率加倍，轨道半径减半C粒子的速率减半，轨道半径变为原来的1/4 D粒子的速率不变，周期减半5.如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场中，有a、b两个电子从同一处沿垂直磁感线方向开始运动，a的初速度为v，b的初速度为2v则（ ）Aa先回到出发点 Bb先回到出发点 Ca、b的轨迹是一对内切圆，且b的半径大 Da、b的轨迹是一对外切圆，且b的半径大 6.质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看作为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x，可以判断（ ）A、若离子束是同位素，则x越大，离子质量越大B、若离子束是同位素，则x越大，离子质量越小C、只要x相同，则离子质量一定相同D、只要x相同，则离子的荷质比一定相同7. 回旋加速器中磁场的磁感应强度为B，D形盒的直径为d，用该回旋加速器加速质量为m、电量为q的粒子，设粒子加速前的初速度为零。求：（1）粒子的回转周期是多大？（2）高频电极的周期为多大？（3）粒子的最大速度最大动能各是多大？（4）粒子在同一个D形盒中相邻两条轨道半径之比达标题（跳起来，摘下丰收果）8. 一个带电粒子,沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场,粒子的一段径迹如图所示,径迹上的每小段都可以近似看成圆弧,由于带电粒子使沿途空气电离,粒子的能量逐渐减小(带电荷量不变),从图中情况可以确定（ ）A粒子从a到b,带正电 B粒子从b到a,带正电C粒子从a到b.带负电 D粒子从b到a,带负电9. 如图所示，匀强磁场中有一个带电量为q的正离子，自a点沿箭头方向运动，当它沿圆轨道运动到b点时，突然吸收了附近的若干个电子，接着沿另一圆轨道运动到与a、b在一条直线上的c点，已知ac=ab/2.电子电量为e，由此可知，正离子吸收的电子个数为（ ）A B C D 10.如图所示，一质量为m，电荷量为q的粒子从容器A下方小孔S1飘入电势差为U=800V的加速电场，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B=0.40T的匀强磁场中，最后打到底片D上.测得粒子在磁场中运动的轨道半径为r=5cm。求带电粒子的比荷是多少？11.一个带负电粒子（质量为m，带电量为q），以速率v在磁感应强度为B的匀强磁场中做逆时针圆周运动（沿着纸面），则该匀强磁场的方向为垂直于纸面向里还是向外？粒子运转所形成的环形电流的大小为多大？ 拓展题（勇往直前，试一试）12. 如图所示，带电粒子进入匀强磁场，垂直穿过均匀铝板，如果R1=20cm，R2=19cm，求带电粒子能穿过铝板多少次。（设铝板对粒子的阻力恒定，粒子的电量不变）13. 有一回旋加速器，他的交变电压的频率为 12106Hz ，半圆形电极的半径为0.532m。问加速氘核所需的磁感应强度为多大？氘核所能达到的最大动能为多大？其最大速率有多大？（已知氘核的质量为3.310-27kg,电荷量为1.6 10-19C）.