人教版 (新课标)选修36 带电粒子在匀强磁场中的运动教学课件ppt

这是一份人教版 (新课标)选修36 带电粒子在匀强磁场中的运动教学课件ppt，共33页。PPT课件主要包含了匀速圆周，vBq，同位素，D形盒，对回旋加速器的理解等内容，欢迎下载使用。

学习目标1.知道带电粒子沿着与磁场垂直的方向进入匀强磁场时做匀速圆周运动．2．会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式和周期公式，并会用这些公式分析问题．3．知道质谱仪和回旋加速器的原理．
一、带电粒子在匀强磁场中的运动1．运动轨迹(1)匀速直线运动：带电粒子的速度方向与磁场方向平行(相同或相反)，此时带电粒子所受洛伦兹力为___________，粒子将以速度v做匀速直线运动．(2)匀速圆周运动：带电粒子垂直射入匀强磁场，由于洛伦兹力始终和运动方向垂直，因此，带电粒子速度大小不变，但是速度方向不断在变化，所以带电粒子做___________运动，洛伦兹力提供粒子做匀速圆周运动的向心力．
[判一判]　1.(1)带电粒子进入磁场后，一定做匀速圆周运动．(　　)(2)洛伦兹力的作用是既改变了速度的方向，也改变了速度的大小．(　　)(3)相同的粒子以不同的速度垂直进入同一磁场，粒子做圆周运动的周期相同．(　　)提示：(1)×　(2)×　(3)√
二、质谱仪1．原理图：如图所示：
5．质谱仪的应用：可以测定带电粒子的质量和分析__________．
[想一想]　2.什么样的粒子打在质谱仪显示屏上的位置会不同？位置的分布有什么规律？
提示：由 知带电粒子的比荷与偏转距离r的平方成反比，凡是比荷不相等的粒子打在质谱仪显示屏上的位置不同；它们的位置按比荷大小的顺序排列.
三、回旋加速器1．构造图：如图所示．回旋加速器的核心部件是两个___________．2．周期：高频交流电的周期与带电粒子在D形盒中的运动周期_________．粒子每经过一次加速，其轨道半径就大一些，粒子绕圆周运动的周期___________．
[想一想]　3.回旋加速器所用交变电压的周期由什么决定？提示：为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速，使之能量不断提高，交流电压的周期必须等于带电粒子在回旋加速器中做匀速圆周运动的周期，即T＝ .因此，交流电压的周期由带电粒子的质量m、带电荷量q和加速器中的磁场的磁感应强度B来决定.
1．在带电粒子(不计重力)以一定的速度进入匀强磁场中时，中学阶段只研究两种情况(1)若带电粒子的速度方向与磁场方向平行(相同或相反)，带电粒子以入射速度v做匀速直线运动．(2)若带电粒子的速度方向与磁场方向垂直，带电粒子在垂直于磁感线的平面内，以入射速度v做匀速圆周运动．
带电粒子在匀强磁场中的运动
特别提醒：只有当带电粒子以垂直于磁场的方向射入匀强磁场中时，带电粒子才能做匀速圆周运动，两个条件缺一不可．
可以看出，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期跟粒子运动的速率和半径无关，只与粒子本身的质量、电荷量以及磁场的磁感应强度有关．
2．带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径和周期(1)带电粒子做匀速圆周运动的受力特征
已知氢核与氦核的质量之比m1∶m2＝1∶4，电荷量之比q1∶q2＝1∶2，当氢核与氦核以v1∶v2＝4∶1的速度，垂直于磁场方向射入磁场后，分别做匀速圆周运动，则氢核与氦核半径之比r1∶r2＝________，周期之比T1∶T2＝________.[思路探究]　带电粒子在匀强磁场中运动的半径和周期与哪些因素有关？
(1)掌握粒子在匀强磁场中做圆周运动的轨道半径和周期公式是解决此题的关键．(2)比例法是解物理问题的有效方法之一．使用的程序一般是：根据研究对象的运动过程确定相应的物理规律，根据题意确定运动过程中的恒量，分析剩余物理量之间的函数关系，建立比例式求解．
1．(2014·佛山质检)1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖．若速度相同的同一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列相关说法中正确的是(　　)A．该束粒子带负电B．速度选择器的P1极板带正电C．在B2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大D．在B2磁场中运动半径越大的粒子，比荷越小
解析：由粒子在磁场中的偏转情况可判断粒子带正电，A错误；速度选择器中粒子受力平衡，可知粒子受到的电场力向下，P1极板带正电，B正确；在磁场中粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，可知半径 ，C错误，D正确．故选B、D.
1．带电粒子做匀速圆周运动的圆心、半径的确定
求解带电粒子在磁场中做圆周运动的方法
如图甲所示，图中P为入射点，M为出射点，已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点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O.
如图乙所示,图中P为入射点, M为出射点，已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线,连接入射点和出射点，作它的中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心O.
一般利用几何知识解直角三角形
在实际问题中圆心位置的确定极为重要，通常有两种方法:
2.时间的确定粒子在磁场中运动一周的时间为T，当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为α时，其运动时间可表示为：
特别提醒：粒子速度的偏向角(φ)等于圆心角(α)，并等于AB弦与切线的夹角(弦切角θ)的2倍(如图)，即φ＝α＝2θ＝ωt.
如图所示，在xOy平面内，y≥0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、带电荷量大小为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．[思路探究]　带电粒子垂直射入匀强磁场，做什么运动？如何确定圆心并画出运动轨迹？
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的解题方法——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、偏转角相联系．(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．
2．如图所示，一束电子(电荷量为e)以速度v垂直射入磁感应强度为B、宽度为d的匀强磁场，穿过磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹角为θ＝30°.(不计电子重力)求：(1)电子的质量m.(2)电子在磁场中的运动时间t.
特别提醒：(1)洛伦兹力永不做功，磁场的作用是让带电粒子“转圈圈”，电场的作用是加速带电粒子．(2)两D形盒狭缝所加的是与带电粒子做匀速圆周运动周期相同的交流电，且粒子每次过狭缝时均为加速电压．
一个用于加速质子的回旋加速器，其核心部分如图所示，D形盒半径为R，垂直D形盒底面的匀强磁场的磁感应强度为B，两盒分别与交流电源相连．下列说法正确的是(　　)A．质子被加速后的最大速度随B、R的增大而增大B．质子被加速后的最大速度随加速电压的增大而增大C．只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值D．不需要改变任何量，这个装置也能用于加速α粒子[思路探究]　带电粒子从D形盒获得最大速度与什么有关？
分析回旋加速器问题的两个误区(1)误认为交变电压的周期随粒子轨迹半径的变化而变化，实际上交变电压的周期是不变的．(2)误认为粒子的最终能量与加速电压的大小有关，实际上，粒子的最终能量由磁感应强度B和D形盒的半径决定，与加速电压的大小无关．
3．劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器,其原理如图所示.这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙,下列说法正确的是(　　)A．离子由加速器的中心附近进入加速器B．离子由加速器的边缘进入加速器C．离子从磁场中获得能量D．离子从电场中获得能量