物理3-1學(xué)案(3.6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng))正式版

1、3.6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、理解帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)2、會(huì)分析帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律【重點(diǎn)難點(diǎn)】帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法。【學(xué)法指導(dǎo)】認(rèn)真閱讀教材，觀察插圖，體會(huì)分析求解帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)問題的 方法？【知識(shí)鏈接】1、描述勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物理量及這些物理量之間的關(guān)系？2、 洛侖茲力的方向：用 _定則判定。注意：（1）判定負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)所受洛侖茲力的方向，應(yīng)使四指指向電荷運(yùn)動(dòng)的方向。（2） 洛侖茲力的方向總是既垂直于又垂直于_，即總是垂直于所決定的平面。3、 洛侖茲力的大小：帶電粒子q以速度v垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場B中，f=

2、【學(xué)習(xí)過程】帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)（不計(jì)其它作用）（1） 若V/B，帶電粒子以速度v做運(yùn)動(dòng)（此情況下洛倫茲力F=0）（2） 若v丄B，帶電粒子在垂直于磁感線的平面內(nèi)以入射速度v做運(yùn)動(dòng)。21向心力由洛倫茲力提供：=mR2軌道半徑公式：R=。13周期：T=，頻率：f= =。角頻率：；=。r說明：T、F和的兩個(gè)特點(diǎn)：1T、f和的大小與軌道半徑（R）和運(yùn)動(dòng)速率（v）無關(guān)，只與和有關(guān)；2比荷（）相同的帶電粒子，在同樣的勻強(qiáng)磁場中，T、f和相同。m【典型例題】例1、圖中MN表示真空室中垂直于紙面的平板，它的一側(cè)有勻強(qiáng)磁場， 磁場方向垂直于紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。一帶電粒子從平板上狹縫0處 以垂直于平板

3、的初速v射入磁場區(qū)域，最后到達(dá)平板上的P點(diǎn)。已知B、v以及P到0的距離I,不計(jì)重力，求此粒子的電荷e與 質(zhì)量m之比。例2、一個(gè)負(fù)離子，質(zhì)量為m，電量為q，以速率v垂直于屏S經(jīng)小孔0射入有勻強(qiáng)磁場 的真空室中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與離子運(yùn)動(dòng)方向垂直，并垂直于紙面向里，如圖所示。如 果離子進(jìn)入磁場后經(jīng)過時(shí)間t到達(dá)P點(diǎn)，則直線0P與離子入射方向之間的夾角 二跟t的關(guān)系 式如何？xxx【訓(xùn)練測試】1兩個(gè)電子以大小不同的初速度沿垂直于磁場的方向射入同一勻強(qiáng)磁場中，設(shè)ri、r2為這兩個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)軌道半徑，Ti、T2是它們的運(yùn)動(dòng)周期，則（）A.ri=r2,Ti工T2B.riMr2,TIMT2C. ri=r2,

4、Ti=T2D. riMr2,Ti=T22.如圖所示，帶負(fù)電的粒子以速度v從粒子源P處射出，若圖中勻強(qiáng) 磁場范圍足夠大（方向垂直紙面），則帶電粒子的可能軌跡是（）A.aB.bC. cD. d3.（2009杭州十四中高二檢測）一個(gè)帶電粒子以初速度vo垂直于電場方向向右射入勻強(qiáng)電場區(qū)域，穿出電場后接著又進(jìn)入勻強(qiáng)磁場區(qū)域.設(shè)電場和磁場區(qū)域有明 確的分界線，且分界線與電場強(qiáng)度方向平行，如圖中的虛線所示.在圖所示的幾種情況中， 可能出現(xiàn)的是（）5.如圖所示，一帶負(fù)電的質(zhì)點(diǎn)在固定的正于紙面內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)的速度方向如圖中箭頭所示，現(xiàn)加一垂直于軌道平面的勻4.一重力不計(jì)的帶電粒子以初速度Vo（ VoW,也可能是VKV

5、2的點(diǎn)電荷作用下繞該正電荷做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，周期為強(qiáng)磁場，已知軌道半徑并不因此而改變，則（A.若磁場方向指向紙里,質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的周期將大于ToB.若磁場方向指向紙里,質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的周期將小于ToC.若磁場方向質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的周期將大于ToD.若磁場方向指向紙外,質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的周期將小于To甲-乙6.（2009青島模擬）環(huán)形對(duì)撞機(jī)是研究高能離子的重要裝置，如圖正、負(fù)離子由靜止經(jīng)過電壓為U的直線加速器加速后，沿圓環(huán)切線方向注入對(duì)撞機(jī)的真空環(huán)狀空腔內(nèi)，空腔內(nèi)存在著與圓環(huán)平面垂直的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.（兩種帶電粒子將被局限在環(huán)狀空腔內(nèi),沿相反方向做半徑相等的勻強(qiáng)圓周運(yùn)動(dòng)，從而在碰撞區(qū)迎面相撞.）為維持帶電粒子在

6、環(huán)狀空腔中的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，下列說法正確的是（B.對(duì)于給定的加速電壓，帶電粒子的比荷q越大，磁感應(yīng)強(qiáng)度B越小mC.對(duì)于給定的帶電粒子，加速電壓U越大，粒子運(yùn)動(dòng)的周期越小D.對(duì)于給定的帶電粒子，不管加速電壓U多大，粒子運(yùn)動(dòng)的周期都不變【參考答案】例1、解析：粒子初速v垂直于磁場，粒子在磁場中受洛倫茲力而做勻速圈周運(yùn)動(dòng)，設(shè)其 半徑為R，由洛倫茲力公式和牛頓第二定律，2有qBr二m R因粒子經(jīng)0點(diǎn)時(shí)的速度垂直于0P，故0P是直徑，I=2R由此得q=2Vm Bl例2、解析：做出OP的中垂線與OS的交點(diǎn)即為離子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心，軌跡如圖 示：方法一：弧0P對(duì)應(yīng)的圓心角=2周期T=qB運(yùn)動(dòng)時(shí)間：t=T2

7、n解得：二=理2m方法二：弧0P對(duì)應(yīng)的圓心角即=2/2半徑為r,則qvB=mr弧長：l=r線速度：v=1t解得：V -qBt2m訓(xùn)練測試：1.答案：Dmv2nn解析：根據(jù)r=qB，T=萌，得速度不同半徑r不同，周期T相同.2.答案：BD解析：出射方向必與運(yùn)動(dòng)軌跡相切.3.答案：AD解析：A、C選項(xiàng)中粒子在電場中向下偏轉(zhuǎn)，所以粒子帶正電，再進(jìn)入磁場后，A圖中粒子應(yīng)逆時(shí)針轉(zhuǎn)，正確.C圖中粒子應(yīng)順時(shí)針轉(zhuǎn)，錯(cuò)誤.同理可以判斷B錯(cuò)，D對(duì).4.答案：B解析：帶電粒子在甲圖電場中偏轉(zhuǎn)位移大，在甲圖中電場力做功多，B正確.5.答案：AD解析：若磁場方向指向紙里，由左手定則可判斷洛倫茲力方向與庫侖力方向相反，則帶負(fù)電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力減小，由于半徑不變，其速度減小，周期變大，故A對(duì)B錯(cuò)；若磁場方向指向紙外，洛倫茲力與庫侖力方向相同，其速度要增大，周期變小，故C錯(cuò)D對(duì).6.答案：BC12mv1 / 2mU解析：在加速器中qU=2mv，在環(huán)狀空腔內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑