江苏省宿迁市沭阳县正德中学2015-2016学年高二物理选修3-1导学案3.6带电粒子在匀强磁场中的运动（无答案）
文档属性
| 名称 | 江苏省宿迁市沭阳县正德中学2015-2016学年高二物理选修3-1导学案3.6带电粒子在匀强磁场中的运动（无答案） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 192.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2016-07-13 10:13:50 | ||
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文档简介
3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动（一）
【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在匀强磁场中做匀速圆周运动的原因。
2、带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期。
【重点难点】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。
【要点导学】
1、带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？
2、洛伦兹力的计算公式为___________________，θ为________________方向与_______方向的夹角，当θ=90°时，F=_________；当θ=0°时，F=_______。
3、当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时，粒子在匀强磁场中做_____________运动。
轨道半径r =___________，
周期T =____________。
4、沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，所受洛伦兹力_______做功，它的速率________（选填变大、变小或不变），同时洛伦兹力的大小也__________（选填变大、变小或不变）。
【典型例题】
1、如图，MN为匀强磁场左边界，右边无界，已知粒子q＝-2×10-2C，B＝4T，θ＝300，vo＝100m/s, m＝2g,求粒子射出磁场时离射入点的距离d和在磁场中的运动时间t。若粒子电量为q＝+2×10-2C，同样条件下求上问中的d和t。
2、如图，已知q＝-4×10-2C，B＝2T，θ1＝600，θ2＝300,m＝2×10-2kg,粒子在磁场中经过P点，OP＝2m，求（1）vo；（2）粒子在磁场中运动的时间。
3、如图直线MN和PQ间匀强磁场宽度为L=2m，磁感应强度为B=5T，方向垂直纸面向里，质量为m=1kg带电量为q=+2×10-2C的粒子以图示方向与MN成角射入，若要使粒子从PQ边射出，粒子的速度至少是多少？
【针对练习】
1、质子（）和α粒子（）从静止开始经相同的电压加速后垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，则这两粒子的动能之比Ek1：Ek2＝_______，轨道半径之比r1：r2＝_____，周期之比T1：T2＝_________。
2、6.如图所示，ab是一弯管，其中心线是半径为R的一段圆弧，将它置于一给定的匀强磁场中，磁场方向垂直于圆弧所在平面且指向纸外.有一束粒子对准a端射入弯管，粒子有不同的质量、不同的速度.但都是一价正离子，则( ).
(A)只有速度大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管
(B)只有质量大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管
(C)只有动量大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管
(D)只有动能大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管
3.如图所示，一电子从a点以速度v垂直进入长为d=m、宽为h=1m的矩形磁场区域，沿曲线ab运动，通过b点离开磁场.已知电子质量为m=2kg，电量为q＝－0.5C，磁场的磁感应强度为B=2T，ab的弧长为s，则该电子在磁场中运动的时间为多少？
4. 如图所示，在y＜0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于xOy平面并指向纸面外，磁感臆强度为B，一带正电的粒子以速度v0从O点射入磁场，入射方向在xOy平面内，与x轴正向的夹角为θ.若粒子射出磁场的位置与O点距离为1，求该粒子的电量和质量之比q/m.(全国高考试题)
5、如图所示，足够长的矩形区域abcd内充满磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，现从ad边的中心O点处，垂直磁场方向射入一速度为v0的带正电粒子，v0与ad边的夹角为30°.已知粒子质量为m，带电量为q，ad边长为L，不计粒子的重力.
(1)求要使粒子能从ab边射出磁场，v0的大小范围.
(2)粒子在磁场中运动的最长时间是多少?在这种情况下，粒子将从什么范围射出磁场?
【针对练习】
1.如图所示，阴极射线管(A为其阴极)放在蹄形磁铁的N、S两极间，射管的A、B两极分别接在直流高压电源的________极和________极.此时，荧光屏上的电子束运动轨迹________偏转(选填“向上”、“向下”或“不”).
答案:负，正，向下
2.如图所示，在x轴的上方(y≥0)存在着垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B.在原点O有一个离子源向x轴上方的各个方向发射出质量为m、电量为q的正离子，速率都为v，对那些在xy平面内运动的离子，在磁场中可能到达的最大x=________，最大y=________.
答案:，
3.如图所示，将截面为正方形的真空腔abcd放置在一匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里.若有一束具有不同速率的电子由小孔a沿ab方向射入磁场，打在腔壁上被吸收，则由小孔c和小孔d射出的电子的速率之比vc/vd=___2_____.
4.如图所示为云室中某粒子穿过铅板P前后的轨迹.室中匀强磁场的方向与轨迹所在平面垂直(图中垂直于纸面向里)，由此可知此粒子 ( A ).
(A)一定带正电
(B)一定带负电
(C)不带电
(D)可能带正电，也可能带负电
5、如图所示，用绝缘细线悬挂着的带正电小球在匀强磁场中作简谐运动，则( AD ).
(A)当小球每次经过平衡位置时，动能相同
(B)当小球每次经过平衡位置时，加速度相同
(C)当小球每次经过平衡位置时，细线受到的拉力相同
(D)撤消磁场后，小球摆动的周期不变
6.在光滑绝缘水平面上，一轻绳拉着一个带电小球绕轴O在匀强磁场中作逆时针方向的匀速圆周运动，磁场方向竖直向下，其俯视图如图所示.若小球运动到A点时，绳子忽然断开.关于小球在绳断开后可能的运动情况，下列说法中正确的是
(A)小球仍作逆时针匀速圆周运动，半径不变
(B)小球仍作逆时针匀速圆周运动，但半径减小
(C)小球作顺时针匀速圆周运动，半径不变
(D)小球作顺时针匀速圆周运动，半径减小 答案: ACD
7、如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，宽度为d，边界为CD和EF，一粒子从CD边界外侧以速度v0垂直匀强磁场射入，入射方向与CD边界间夹角为θ。已知粒子的质量为m，电量为q，不计电子的重力。为使电子能从磁场的另一侧EF射出，求电子的速度v0至少多大？
8、在以坐标原点0为圆心、半径为r的圆形区域内，存在磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里的匀强磁场，如图所示．
一个不计重力的带电粒子从磁场边界与x轴的交点A处以速度v沿-x方向射人磁场，它恰好从磁场边界与y轴的交点C处沿+y方向飞出．
（1）请判断该粒子带何种电荷，并求出其比荷q/m；
（2）若磁场的方向和所在空间范围不变，而磁感应强度的大小变为B'，该粒子仍从A处以相同的速度射人磁场，但飞出磁场时的速度方向相对于入射方向改变了60°角，求磁感应强度B'是多大？此次粒子在磁场中运动所用时间t是多少？
【高考链接】
电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的.电子束经过电压为U的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如图所示.磁场方向垂直于圆面，磁场区的中心为O，半径为r.当不加磁场时，电子束将通过O点而打到屏幕的中心M点.为了让电子束射到屏幕边缘P，需要加磁场，使电于束偏转一已知角度θ，此时磁场的磁感应强度B应为多大?
答案:
高二物理学案 组编： 审核： 时间：
3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动（二）
【学习目标】
1、知道质谱仪的工作原理。
2、知道回旋加速器的基本构造、工作原理、及用途 。
【重点难点】带电粒子在回旋加速器中的运动情况分析。
【要点导学】
1、质谱仪由静电加速极、速度选择器、______________、显示屏等组成.
2、试述质谱仪的工作原理:______________________________________________________
3、回旋加速器核心部件为______________（加匀强磁场）和_____________（加交变电场）。
4、回旋加速器加速原理：_______________________________________________________
【典型例题】
1、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.它的构造原理如图所示，离子源S生带电量为q的某种正离子，离子产生出米时的速度很小，可以看作是静止的，离子经过电压U加速后形成离子束流，然后垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场，沿着半圆周运动而到达记录它的照相底片P上.实验测得:它在P上的位置到入口处S1的距离为a，离子束流的电流为I.请回答卜列问题:
(1)在时间t内射到照相底片P上的离子的数目为__ It/q _.
(2)单位时间穿过入口处S1离子束流的能量为___ UI _____.
(3)试证明这种离子的质量为.
2. 用一回旋加速质子，半圆形D盒电极半径为0.532m，盒内磁感应强度B=1.64T，已知质子的质量m=1.67×10-27㎏，电量q=1.6×10-19C。试求：
⑴所需高频交流电压的频率为多少？
⑵质子能达到的最大能量是多少？
3、目前世界上正在研究的新型发电机磁流体发电机的原理如图所示.设想在相距为d,且足够长的甲、乙两金属板间加有垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场,两板通过电键和灯泡相连,将气体加热到使之高度电离.由于正负电荷一样多,且带电量均为q,故称为等离子体.将其以速度V喷入甲、乙两板之间,这时甲、乙两板就会聚集电荷,产生电压,它可以直接把内能转化为电能.试问：(1)图中哪个极板是发电机的正极?(2)发电机的电动势多大?(3)设喷入两极间的离子流每立方米有n对一价正负离子,等离子体的截面积为S,则发电机的最大功率多大?
答案:(1)甲(2)Bdv(3)2ndqSBv2
4、如图所示，回旋加速器D型盒的半径为R,匀强磁场的磁感应强度为B，高频电场的电压为U，So为粒子源，S’为引出口。若被加速粒子的质量为m，电荷量为q，设粒子加速时质量不变，且不考虑粒子从粒子源出来时具有的能量。求：
⑴外加电场的变化周期为多少？
⑵粒子从加速器中射出时所具有的能量？
⑶粒子在加速器中被加速的时间共为多少？
【高考链接】
如图所示,矩形管长L、宽为d、高为h,上下两平面是绝缘体,相距为d的两侧面是导体,并用粗导线MN相连.令电阻率为ρ的水银充满管口,源源不断地流过该矩形管.已知水银匀速通过管子的速度与管子两端的压强成正比,且当管两端压强差为p时,水银的流速为v0.今在矩形管所在的区域加一与管子的上下平面垂直的匀强磁场,磁场的磁感应强度为B(图中未画出).待稳定后,求水银在管中的流速.
答案:
【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在匀强磁场中做匀速圆周运动的原因。
2、带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期。
【重点难点】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。
【要点导学】
1、带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？
2、洛伦兹力的计算公式为___________________，θ为________________方向与_______方向的夹角，当θ=90°时，F=_________；当θ=0°时，F=_______。
3、当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时，粒子在匀强磁场中做_____________运动。
轨道半径r =___________，
周期T =____________。
4、沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，所受洛伦兹力_______做功，它的速率________（选填变大、变小或不变），同时洛伦兹力的大小也__________（选填变大、变小或不变）。
【典型例题】
1、如图，MN为匀强磁场左边界，右边无界，已知粒子q＝-2×10-2C，B＝4T，θ＝300，vo＝100m/s, m＝2g,求粒子射出磁场时离射入点的距离d和在磁场中的运动时间t。若粒子电量为q＝+2×10-2C，同样条件下求上问中的d和t。
2、如图，已知q＝-4×10-2C，B＝2T，θ1＝600，θ2＝300,m＝2×10-2kg,粒子在磁场中经过P点，OP＝2m，求（1）vo；（2）粒子在磁场中运动的时间。
3、如图直线MN和PQ间匀强磁场宽度为L=2m，磁感应强度为B=5T，方向垂直纸面向里，质量为m=1kg带电量为q=+2×10-2C的粒子以图示方向与MN成角射入，若要使粒子从PQ边射出，粒子的速度至少是多少？
【针对练习】
1、质子（）和α粒子（）从静止开始经相同的电压加速后垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，则这两粒子的动能之比Ek1：Ek2＝_______，轨道半径之比r1：r2＝_____，周期之比T1：T2＝_________。
2、6.如图所示，ab是一弯管，其中心线是半径为R的一段圆弧，将它置于一给定的匀强磁场中，磁场方向垂直于圆弧所在平面且指向纸外.有一束粒子对准a端射入弯管，粒子有不同的质量、不同的速度.但都是一价正离子，则( ).
(A)只有速度大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管
(B)只有质量大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管
(C)只有动量大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管
(D)只有动能大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管
3.如图所示，一电子从a点以速度v垂直进入长为d=m、宽为h=1m的矩形磁场区域，沿曲线ab运动，通过b点离开磁场.已知电子质量为m=2kg，电量为q＝－0.5C，磁场的磁感应强度为B=2T，ab的弧长为s，则该电子在磁场中运动的时间为多少？
4. 如图所示，在y＜0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于xOy平面并指向纸面外，磁感臆强度为B，一带正电的粒子以速度v0从O点射入磁场，入射方向在xOy平面内，与x轴正向的夹角为θ.若粒子射出磁场的位置与O点距离为1，求该粒子的电量和质量之比q/m.(全国高考试题)
5、如图所示，足够长的矩形区域abcd内充满磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，现从ad边的中心O点处，垂直磁场方向射入一速度为v0的带正电粒子，v0与ad边的夹角为30°.已知粒子质量为m，带电量为q，ad边长为L，不计粒子的重力.
(1)求要使粒子能从ab边射出磁场，v0的大小范围.
(2)粒子在磁场中运动的最长时间是多少?在这种情况下，粒子将从什么范围射出磁场?
【针对练习】
1.如图所示，阴极射线管(A为其阴极)放在蹄形磁铁的N、S两极间，射管的A、B两极分别接在直流高压电源的________极和________极.此时，荧光屏上的电子束运动轨迹________偏转(选填“向上”、“向下”或“不”).
答案:负，正，向下
2.如图所示，在x轴的上方(y≥0)存在着垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B.在原点O有一个离子源向x轴上方的各个方向发射出质量为m、电量为q的正离子，速率都为v，对那些在xy平面内运动的离子，在磁场中可能到达的最大x=________，最大y=________.
答案:，
3.如图所示，将截面为正方形的真空腔abcd放置在一匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里.若有一束具有不同速率的电子由小孔a沿ab方向射入磁场，打在腔壁上被吸收，则由小孔c和小孔d射出的电子的速率之比vc/vd=___2_____.
4.如图所示为云室中某粒子穿过铅板P前后的轨迹.室中匀强磁场的方向与轨迹所在平面垂直(图中垂直于纸面向里)，由此可知此粒子 ( A ).
(A)一定带正电
(B)一定带负电
(C)不带电
(D)可能带正电，也可能带负电
5、如图所示，用绝缘细线悬挂着的带正电小球在匀强磁场中作简谐运动，则( AD ).
(A)当小球每次经过平衡位置时，动能相同
(B)当小球每次经过平衡位置时，加速度相同
(C)当小球每次经过平衡位置时，细线受到的拉力相同
(D)撤消磁场后，小球摆动的周期不变
6.在光滑绝缘水平面上，一轻绳拉着一个带电小球绕轴O在匀强磁场中作逆时针方向的匀速圆周运动，磁场方向竖直向下，其俯视图如图所示.若小球运动到A点时，绳子忽然断开.关于小球在绳断开后可能的运动情况，下列说法中正确的是
(A)小球仍作逆时针匀速圆周运动，半径不变
(B)小球仍作逆时针匀速圆周运动，但半径减小
(C)小球作顺时针匀速圆周运动，半径不变
(D)小球作顺时针匀速圆周运动，半径减小 答案: ACD
7、如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，宽度为d，边界为CD和EF，一粒子从CD边界外侧以速度v0垂直匀强磁场射入，入射方向与CD边界间夹角为θ。已知粒子的质量为m，电量为q，不计电子的重力。为使电子能从磁场的另一侧EF射出，求电子的速度v0至少多大？
8、在以坐标原点0为圆心、半径为r的圆形区域内，存在磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里的匀强磁场，如图所示．
一个不计重力的带电粒子从磁场边界与x轴的交点A处以速度v沿-x方向射人磁场，它恰好从磁场边界与y轴的交点C处沿+y方向飞出．
（1）请判断该粒子带何种电荷，并求出其比荷q/m；
（2）若磁场的方向和所在空间范围不变，而磁感应强度的大小变为B'，该粒子仍从A处以相同的速度射人磁场，但飞出磁场时的速度方向相对于入射方向改变了60°角，求磁感应强度B'是多大？此次粒子在磁场中运动所用时间t是多少？
【高考链接】
电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的.电子束经过电压为U的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如图所示.磁场方向垂直于圆面，磁场区的中心为O，半径为r.当不加磁场时，电子束将通过O点而打到屏幕的中心M点.为了让电子束射到屏幕边缘P，需要加磁场，使电于束偏转一已知角度θ，此时磁场的磁感应强度B应为多大?
答案:
高二物理学案 组编： 审核： 时间：
3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动（二）
【学习目标】
1、知道质谱仪的工作原理。
2、知道回旋加速器的基本构造、工作原理、及用途 。
【重点难点】带电粒子在回旋加速器中的运动情况分析。
【要点导学】
1、质谱仪由静电加速极、速度选择器、______________、显示屏等组成.
2、试述质谱仪的工作原理:______________________________________________________
3、回旋加速器核心部件为______________（加匀强磁场）和_____________（加交变电场）。
4、回旋加速器加速原理：_______________________________________________________
【典型例题】
1、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.它的构造原理如图所示，离子源S生带电量为q的某种正离子，离子产生出米时的速度很小，可以看作是静止的，离子经过电压U加速后形成离子束流，然后垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场，沿着半圆周运动而到达记录它的照相底片P上.实验测得:它在P上的位置到入口处S1的距离为a，离子束流的电流为I.请回答卜列问题:
(1)在时间t内射到照相底片P上的离子的数目为__ It/q _.
(2)单位时间穿过入口处S1离子束流的能量为___ UI _____.
(3)试证明这种离子的质量为.
2. 用一回旋加速质子，半圆形D盒电极半径为0.532m，盒内磁感应强度B=1.64T，已知质子的质量m=1.67×10-27㎏，电量q=1.6×10-19C。试求：
⑴所需高频交流电压的频率为多少？
⑵质子能达到的最大能量是多少？
3、目前世界上正在研究的新型发电机磁流体发电机的原理如图所示.设想在相距为d,且足够长的甲、乙两金属板间加有垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场,两板通过电键和灯泡相连,将气体加热到使之高度电离.由于正负电荷一样多,且带电量均为q,故称为等离子体.将其以速度V喷入甲、乙两板之间,这时甲、乙两板就会聚集电荷,产生电压,它可以直接把内能转化为电能.试问：(1)图中哪个极板是发电机的正极?(2)发电机的电动势多大?(3)设喷入两极间的离子流每立方米有n对一价正负离子,等离子体的截面积为S,则发电机的最大功率多大?
答案:(1)甲(2)Bdv(3)2ndqSBv2
4、如图所示，回旋加速器D型盒的半径为R,匀强磁场的磁感应强度为B，高频电场的电压为U，So为粒子源，S’为引出口。若被加速粒子的质量为m，电荷量为q，设粒子加速时质量不变，且不考虑粒子从粒子源出来时具有的能量。求：
⑴外加电场的变化周期为多少？
⑵粒子从加速器中射出时所具有的能量？
⑶粒子在加速器中被加速的时间共为多少？
【高考链接】
如图所示,矩形管长L、宽为d、高为h,上下两平面是绝缘体,相距为d的两侧面是导体,并用粗导线MN相连.令电阻率为ρ的水银充满管口,源源不断地流过该矩形管.已知水银匀速通过管子的速度与管子两端的压强成正比,且当管两端压强差为p时,水银的流速为v0.今在矩形管所在的区域加一与管子的上下平面垂直的匀强磁场,磁场的磁感应强度为B(图中未画出).待稳定后,求水银在管中的流速.
答案: