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3.6.1 带电粒子在匀强磁场中的运动

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Moira苹
2019-01-12 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《3.6doc》,可适用于人文社科领域

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选修 第三章 磁场带电粒子在匀强磁场中的运动编号:      班级      姓名           【导学菜单】我来预习一、带电粒子在匀强磁场中的运动问题情境来源:学科网ZXXK图太阳发射出的带电粒子以~kms的速度扫过太阳系形成了“太阳风”.这种巨大的辐射经过地球时地球的磁场使这些带电粒子发生偏转(如图所示)避免了地球上的生命受到带电粒子的辐射.当“太阳风”的带电粒子被地磁场拉向两极时带电粒子的轨迹为什么呈螺旋形?.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的原因是什么?.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期分别与哪些因素有关?.质谱仪的工作原理是什么?二、回旋加速器问题情境.回旋加速器主要由哪几部分组成?.回旋加速器的原理是怎样的?.带电粒子经回旋加速器获得的速度与哪些物理量有关?【困惑扫描】我来质疑例图所示为带电粒子(不计重力)在匀强磁场中的运动轨迹.中央是一块金属薄板粒子穿过金属板时有动能损失.则( )图A.粒子带负电B.粒子的运动路径是abcdeC.粒子的运动路径是edcbaD.粒子在下半周的运动时间比上半周运动的时间长例两个带异种电荷的粒子以同一速度从同一位置垂直磁场边界进入匀强磁场如图所示在磁场中它们的轨迹均为半个圆周粒子A的轨迹半径为r粒子B的轨迹半径为r且r=rq、q分别是它们的电荷量.则A粒子带电、B粒子带电它们的比荷之比为∶=它们的运动时间之比为t∶t=图例如图所示两块长度均为d的金属板相距d平行放置.下板接地两板间有垂直纸面向里的匀强磁场.一束宽为d的电子束从两板左侧垂直磁场方向射入两板间.设电子的质量为m电荷量为e入射速度为v要使电子不会从两板间射出求匀强磁场的磁感应强度B满足的条件.图【过关窗口】我来练习.电子在匀强磁场中做匀速圆周运动下列说法正确的是( )A.速率越大周期越大B.速率越小周期越大C.速度方向与磁场方向平行D.速度方向与磁场方向垂直.带电粒子进入云室会使云室中的气体电离从而显示其运动轨迹.图所示是在有匀强磁场的云室中观察到的粒子的轨迹a和b是轨迹上的两点匀强磁场B垂直纸面向里.该粒子在运动时其质量和电荷量不变而动能逐渐减少.下列说法正确的是( )A.粒子先经过a点再经过b点B.粒子先经过b点再经过a点来源:学科网C.粒子带负电D.粒子带正电.在回旋加速器中带电粒子在D形盒内经过半个圆周所需的时间t与下列物理量无关的是( )A.带电粒子的质量和电荷量B.带电粒子的速度C.加速器的磁感应强度D.带电粒子运动的轨道半径.质子和α粒子分别经电压为V和V的电场加速后进入同一匀强磁场中做匀速圆周运动则它们的周期比是( )A.∶      B.∶      C.∶       D.∶选修 第三章 磁场带电粒子在复合场中的运动编号:      班级      姓名           【导学菜单】我来预习.复合场一般是指电场、磁场和重力场并存或其中两种场并存或分区域存在..三种场力的特点()重力的方向始终竖直向下重力做功与路径无关重力做的功等于重力势能的减少量.来源:学科网ZXXK()电场力的方向与电场方向相同或相反电场力做功与路径无关电场力做的功等于电势能的减少量.()洛伦兹力的大小和速度方向与磁场方向的夹角有关方向始终垂直于速度v和磁感应强度B共同决定的平面.无论带电粒子做什么运动洛伦兹力始终不做功..带电粒子在复合场中的运动规律及解决办法带电粒子在复合场中运动时其运动状态是由粒子所受电场力、洛伦兹力和重力的共同作用来决定的对于有轨道约束的运动还要考虑弹力、摩擦力对运动的影响带电粒子在复合场中的运动情况及解题方法如下:()若粒子所受的电场力、洛伦兹力和重力的合力为零则粒子处于静止或匀速直线运动状态应利用平衡条件列方程求解.()若粒子所受匀强电场的电场力和重力平衡那么粒子在匀强磁场的洛伦兹力作用下有可能做匀速圆周运动应利用平衡方程和向心力公式求解.()当带电粒子在复合场中做非匀变速曲线运动时带电粒子所受洛伦兹力必不为零且其大小和方向不断变化但洛伦兹力不做功这类问题一般应用动能定理求解.例 如图所示匀强磁场的方向垂直纸面向里匀强电场的方向竖直向下有一正离子恰能以速率v沿直线从左向右水平飞越此区域.下列说法正确的是( )来源:ZxxkCom图A.若一电子以速率v从右向左飞入则该电子也沿直线运动B.若一电子以速率v从右向左飞入则该电子将向上偏转C.若一电子以速率v从右向左飞入则该电子将向下偏转D.若一电子以速率v从左向右飞入则该电子也沿直线运动例 如图所示在相互垂直的匀强电场和匀强磁场中有一倾角为θ、足够长的光滑绝缘斜面.磁感应强度为B方向垂直纸面向外电场方向竖直向上.有一质量为m、带电荷量为+q的小球静止在斜面顶端这时小球对斜面的正压力恰好为零.若迅速把电场方向反转为竖直向下小球能在斜面上连续滑行多远?所用时间是多少?图来源:学科网二、复合场问题实际应用举例.速度选择器原理:如图所示所受重力可忽略不计运动方向相同而速率不同的正粒子组成的粒子束射入相互正交的匀强电场和匀强磁场所组成的场区中.已知电场强度为B方向垂直于纸面向里若粒子运动轨迹不发生偏折(重力不计)必须满足平衡条件:qBv=qE故v=这样就把满足v=的粒子从速度选择器中选择出来了.图特点:()速度选择器只选择速度(大小、方向)而不选择粒子的质量和电量.若粒子从图中右侧入射则不能穿出场区.()速度选择器B、E、v三个物理量的大小、方向互相约束以保证粒子受到的电场力和洛伦兹力等大、反向.若图中只改变磁场B的方向粒子将向下偏转..磁流体发电机图图是磁流体发电机其原理是:等离子气体喷入磁场B正、负离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集到A、B板上产生电势差.设板间距离为l当等离子气体以速度v匀速通过A、B板时A、B板上聚集的电荷最多板间电势差最大即为电源电动势.此时离子受力平衡:E场q=Bqv即E场=Bv故电源电动势E=E场l=Blv.电磁流量计图如图所示一圆形导管直径为d用非磁性材料制成其中有可以导电的液体向左流动.导电液体中的自由电荷(正负离子)在洛伦兹力作用下纵向偏转a、b间出现电势差.当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时a、b间的电势差U保持稳定.由Bqv=Eq=q可得v=流量Q=Sv=·=所以只要测得Uab即可测Q例 医生做某些特殊手术时利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度.电磁血流计由一对电极a和b以及磁极N和S构成磁极间的磁场是均匀的.使用时两电极a、b均与血管壁接触两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直如图所示.由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动电极a、b之间会有微小电势差.在达到平衡时血管内部的电场可看做是匀强电场血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零.在某次监测中两触点的距离为mm血管壁的厚度可忽略两触点间的电势差为μV磁感应强度的大小为T.则血流速度的近似值和电极a、b的正负为( )图A.msa正、b负B.msa正、b负C.msa负、b正D.msa负、b正【即学即练】.如图所示在平行带电金属板间有垂直于纸面向里的匀强磁场质子、氘核、氚核沿平行于金属板方向以相同动能射入两极板间其中氘核沿直线运动未发生偏转质子和氚核发生偏转后射出则:①偏向正极板的是质子②偏向正极板的是氚核③射出时动能最大的是质子④射出时动能最大的是氚核.以上说法正确的是( )图A.①②     B.②③     C.③④      D.①④.在图中虚线所围的区域内存在电场强度为E的匀强电场和磁感应强度为B的匀强磁场.已知从左方水平射入的电子穿过此区域时未发生偏转设重力可以忽略不计则在此区域中的E和B的方向可能是( )图A.E和B都沿水平方向并与电子运动的方向相同B.E和B都沿水平方向并与电子运动的方向相反C.E竖直向上B垂直纸面向外D.E竖直向上B垂直纸面向里.一个带正电的微粒(重力不计)穿过如图所示的匀强磁场和匀强电场区域时恰能沿直线运动则欲使电荷向下偏转时应采用的办法是( )图A.增大电荷质量B.增大电荷电荷量C.减小入射速度D.增大磁感应强度参考答案课前自主学习一、大小做功匀速圆周运动向心力qvB()()二、()qU()qvB()质量m比荷质量()同位素()D形盒()不变()核心知识探究一、问题情境.见课本P.由r=和T=知带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径与其质量、电荷量及进入磁场的速度有关周期与其质量和电荷量有关.来源:学科网ZXXK.带电粒子先经加速电场加速后经速度选择器然后进入匀强磁场做匀速圆周运动最后打到照相底片上要点提炼垂直二、问题情境.核心部件是两个D形金属盒.见课本P.决定粒子射出D形盒时最大速率vmax的因素:当粒子从D形盒边缘被引出时最后半圆应满足qvmaxB=即vmax=(R为D形盒的半径).