带电粒子在匀强磁场中的运动学案

第3节洛仑兹力的应用（第一课时—质谱仪）【学习目标】1、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度方向垂直时，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，并会用它们解答有关问题；3、知道质谱仪和回旋加速器的工作原理。一、带电粒子在匀强磁场中的运动1、洛伦兹力的特点：洛伦兹力方向总是与速度方向，洛仑兹力不改变带电粒子速度的，或者说洛伦兹力不对带电粒子。2、带电粒子在匀强磁场中的运动特点：沿着与磁场方向垂直的方向射入的带电粒子，在匀强磁场中做。3、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：由周期公式可知，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期跟和无关。二、质谱仪和回旋加速器1、质谱仪：（1）原理图：如右图所示。（2）质谱仪的应用：可以测定带电粒子的质量和分析。（3）加速：带电粒子由S1进入质谱仪的加速电场，电压为U，求粒子通过加速电场获得的速度（4）偏转：带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，则半径r为多少？（5）由上述两式可以得到表达式q/m=__________________。由此可知电荷量相同时，半径将随变化。三、课堂练习：1.处在匀强磁场内部的两个电子A和B分别以速率v和2v垂直射入匀强磁场，经偏转后，哪个电子先回到原来的出发点？（）A．同时到达B．A先到达C．B先到达D．无法判断2.一束带电粒子以同一速度，并从同一位置进入匀强磁场，在磁场中它们的轨迹如图所示.粒子q1的轨迹半径为r1，粒子q2的轨迹半径为r2，且r2＝2r1，q1、q2分别是它们的带电量.则A.q1带负电、q2带正电，荷质比之比为11mq：22mq＝2：1；B.q1带负电、q2带正电，荷质比之比为11mq：22mq＝1：2；C.q1带正电、q2带负电，荷质比之比为11mq：22mq＝2：1；D.q1带正电、q2带负电，荷质比之比为11mq：22mq＝1：2.3、如图所示，一带电粒子（重力不计）在匀强磁场中沿图中轨道运动，中央是一簿绝缘板，粒子在穿过绝缘板时有动能损失，由图可知（）A、粒子带正电B、粒子的动动方向是abcdeC、粒子的运动方向是edcbaD、粒子在下半周期比上半周期所用时间长4.相距为d的两块平行金属板，两板电压为U.两板间有一垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，(如图所示).有一个带电粒子(重力不计)能在极板间以恒定的速度υ自左向右平直穿过而不发生偏转，则A.此粒子必带正电B.此粒子必带负电C.粒子速度必为dBUD.粒子速度必为UdB5.质子和氘核经同一电压加速，垂直进入匀强磁场中，则质子和氘核的动能E1、E2，轨道半径r1、r2的关系是A.E1＝E2，r1＝r2B.E1＝E2，r1＜r2C.E1＝E2，r1＞r2D.E1＜E2，r1＜r26、如图所示，质量为为m、电量为q的带电粒子，经电压为U加速，又经磁感应强度为B的匀强磁场后落到图中D点，求A、D间的距离和粒子在磁场中运动的时间。第3节洛仑兹力的应用（第二课时—回旋加速器）一、回旋加速器1．构造：回旋加速器的核心部件是两个。2.工作原理：①电场的作用：②磁场的作用：③交变电压：例1、在某回旋加速器中，磁场的磁感应强度为B，粒子源射出的粒子质量为m、电荷量为q，粒子的最大回旋半径为R.问：（1）D形盒内有无电场？（2）粒子在盒内做何种运动？（3）所加交变电场的周期是多大？（4）粒子离开加速器的动能是多大？（5）设两D形盒间电场的电势差为U，盒间距离为d，其间电场均匀，则加速到上述能量所需的时间是多少？二、课堂练习1.关于回旋加速器中电场和磁场的说法中正确的是A.电场和磁场都对带电粒子起加速作用B.电场和磁场是交替地对带电粒子做功的C.只有电场能对带电粒子起加速作用D.磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做匀速圆周运动2、回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两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，下列说法中正确的是（）A、增大匀强电场间的电压B、增大磁场的磁感应强度C、减小狭缝间的距离D、增大D形金属盒的半径3.一水平导线通以电流I，导线下方有一电子，初速度方向与电流平行，关于电子的运动情况，下述说法中，正确的是：()A．沿路径a运动，其轨道半径越来越大B．沿路径a运动，其轨道半径越来越小C．沿路径b运动，其轨道半径越来越小D．沿路径b运动，其轨道半径越来越大4.量和电量都相等的带电粒子M和N，以不同的速度率经小孔S垂直进入均强磁场，运行的半圆轨迹如图2种虚线所示，下列表述正确的是A．M带负电，N带正电B.M的速度率小于N的速率C.洛伦磁力对M、N做正功D.M的运行时间大于N的运行时间5.如图所示，场强E的方向垂直向下，磁感应强度B1的方向垂直于纸面向里，磁感应强度B2的方向垂直纸面向外，在S处有四个二价正离子，甲、乙、丙、丁垂直于场强E和磁感应强度B1的方向射入，若四个离子质量m甲=m乙＜m丙=m丁，速度v甲＜v乙=v丙＜v丁，则运动到P1，P2，P3，P4的四个位置的正离子分别为A.甲乙丙丁B.甲丁乙丙C.丙乙丁甲D.甲乙丁丙6.一回旋加速器，当外加磁场一定时，可把质子加速到v，使它获得的动能为E,不考虑相对论效应，则：（1）、它能把粒子加速到的最大速度为多少？(2)、能使粒子获得的最大动能为为多少（3）、加速粒子的交变电场的频率与加速质子的交变电场的频率之比为多少？7、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）