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1、第三章 磁場 學習目標學習目標 明目標明目標 知重點知重點 1.理解帶電粒子沿著與磁場垂直的理解帶電粒子沿著與磁場垂直的方向進入勻強磁場后方向進入勻強磁場后做勻速圓周運動做勻速圓周運動. 2.會推導帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑會推導帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑公式和周期公式公式和周期公式，并會用這些公式分析問題并會用這些公式分析問題重點、難重點、難點點 3.知道質(zhì)譜儀和回旋加速器的結(jié)構(gòu)及其工作原理知道質(zhì)譜儀和回旋加速器的結(jié)構(gòu)及其工作原理重重點、難點點、難點 第1頁/共48頁 一、帶電粒子在勻強磁場中的運動一、帶電粒子在勻強磁場中的運動 1帶電粒子帶電粒子(不計重力不計重

2、力)在磁場中運動時在磁場中運動時，它所受的洛倫茲力它所受的洛倫茲力總與速度的方向總與速度的方向_，所以洛倫茲力所以洛倫茲力_帶電粒子速度的帶電粒子速度的大小大小，或者說或者說，洛倫茲力對帶電粒子洛倫茲力對帶電粒子_ 垂直不改變不做功第2頁/共48頁勻速直線運動勻速圓周運動mv2r mvqB 2mqB 第3頁/共48頁第4頁/共48頁(2)加速：帶電粒子進入質(zhì)譜儀的加速電場加速：帶電粒子進入質(zhì)譜儀的加速電場，由動能定理：由動能定理：_12mv2 (3)偏轉(zhuǎn)：帶電粒子進入質(zhì)譜儀的偏轉(zhuǎn)磁場偏轉(zhuǎn)：帶電粒子進入質(zhì)譜儀的偏轉(zhuǎn)磁場，洛倫茲力提供向洛倫茲力提供向心力：心力：_mv2r (4)由由兩式可以求出粒

3、子的兩式可以求出粒子的_、_以及偏轉(zhuǎn)磁場的磁以及偏轉(zhuǎn)磁場的磁感應(yīng)強度等感應(yīng)強度等 (5)應(yīng)用：可以測定帶電粒子的質(zhì)量和分析應(yīng)用：可以測定帶電粒子的質(zhì)量和分析_ qvBqU比荷質(zhì)量同位素第5頁/共48頁第6頁/共48頁(2)工作原理工作原理 電場的特點及作用電場的特點及作用 特點：兩個特點：兩個 D 形盒之間的窄縫區(qū)域存在形盒之間的窄縫區(qū)域存在_的電場的電場 作用：帶電粒子經(jīng)過該區(qū)域時被作用：帶電粒子經(jīng)過該區(qū)域時被_ 磁場的特點及作用磁場的特點及作用 特點：特點：D 形盒處于與盒面垂直的形盒處于與盒面垂直的_磁場中磁場中 作用：帶電粒子在洛倫茲力作用下做作用：帶電粒子在洛倫茲力作用下做_運動運動

4、，從而改從而改變運動方向變運動方向，_周期后再次進入電場周期后再次進入電場 周期性變化加速勻強勻速圓周半個第7頁/共48頁第8頁/共48頁第9頁/共48頁帶電粒子在勻強磁場中的運動帶電粒子在勻強磁場中的運動 第10頁/共48頁第11頁/共48頁第12頁/共48頁第13頁/共48頁第14頁/共48頁第15頁/共48頁(4)確定帶電粒子運動圓弧所對圓心角的兩個重要結(jié)論確定帶電粒子運動圓弧所對圓心角的兩個重要結(jié)論 帶電粒子射出磁場的速度方向與射帶電粒子射出磁場的速度方向與射入磁場入磁場的速度方向之間的夾角的速度方向之間的夾角叫做偏向角，偏向叫做偏向角，偏向角等于圓弧軌道角等于圓弧軌道PM對應(yīng)的圓心角

5、對應(yīng)的圓心角 ，即即 ，如圖所示如圖所示 圓弧軌道圓弧軌道PM所對圓心角所對圓心角等于弦等于弦PM與切與切線的夾角線的夾角(弦切角弦切角) 的的 2 倍倍，即即 2，如圖所示如圖所示 第16頁/共48頁考查維度考查維度 1 帶電粒子在磁場中的圓周運動帶電粒子在磁場中的圓周運動 (2015高考全國卷高考全國卷)兩相鄰勻強磁場兩相鄰勻強磁場區(qū)域的磁感應(yīng)強區(qū)域的磁感應(yīng)強度大小不同、方向平行一速度方向與磁感應(yīng)強度方向垂直度大小不同、方向平行一速度方向與磁感應(yīng)強度方向垂直的帶電粒子的帶電粒子(不計重力不計重力)，從較強磁場區(qū)域進入到較弱磁場區(qū)從較強磁場區(qū)域進入到較弱磁場區(qū)域后域后，粒子的粒子的( ) A

6、軌道半徑減小軌道半徑減小，角速度增大角速度增大 B軌道半徑減小軌道半徑減小，角速度減小角速度減小 C軌道半徑增大軌道半徑增大，角速度增大角速度增大 D軌道半徑增大軌道半徑增大，角速度減小角速度減小 D第17頁/共48頁第18頁/共48頁第19頁/共48頁第20頁/共48頁第21頁/共48頁AB第22頁/共48頁第23頁/共48頁第24頁/共48頁第25頁/共48頁第26頁/共48頁第27頁/共48頁AC 第28頁/共48頁解析：兩速率相同的電子在兩勻強磁場中做勻速圓周運動解析：兩速率相同的電子在兩勻強磁場中做勻速圓周運動，且且磁場磁感應(yīng)強度磁場磁感應(yīng)強度 B1是是磁場磁感應(yīng)強度磁場磁感應(yīng)強度

7、B2的的 k 倍倍 A：由：由 qvBmv2r得得 rmvqB1B，即即中電子運動軌跡的半徑中電子運動軌跡的半徑是是中的中的 k 倍倍，選項選項 A 正確正確 B：由：由 F合合ma 得得 aF合合mqvBmB，所以所以a2a11k，選項選項 B 錯錯誤誤 C：由：由 T2rv得得 Tr，所以所以T2T1k，選項選項 C 正確正確 D：由：由 2T得得21T1T21k，選項選項 D 錯誤錯誤 正確選項為正確選項為 A、C. 第29頁/共48頁第30頁/共48頁解析解析：當入射速率很小時當入射速率很小時，電子在磁場中轉(zhuǎn)電子在磁場中轉(zhuǎn)動一段圓弧后又從同一側(cè)射出動一段圓弧后又從同一側(cè)射出，速度越大速

8、度越大，軌道半徑越大軌道半徑越大， 當軌道與右邊界相切時當軌道與右邊界相切時， 電子恰好不能從磁電子恰好不能從磁場另一邊界射出場另一邊界射出，如圖所示如圖所示，由幾何知識可由幾何知識可得：得：rrcos d 又又 ev0Bmv20r，解得解得 v0Bedm（1cos ） 所以為了使電子能從磁場的另一邊界所以為了使電子能從磁場的另一邊界 EF 射出射出， 電子的速度電子的速度 vBedm（1cos ）. 第31頁/共48頁質(zhì)譜儀和回旋加速器的原理及應(yīng)用質(zhì)譜儀和回旋加速器的原理及應(yīng)用1質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀 質(zhì)譜儀是用來研究物質(zhì)同位素的裝置質(zhì)譜儀是用來研究物質(zhì)同位素的裝置，其原理其原理如圖所示離子源如圖所示

9、離子源 S 產(chǎn)生電荷量為產(chǎn)生電荷量為 q 而質(zhì)量不而質(zhì)量不等的同位素離子等的同位素離子， 經(jīng)加速電壓為經(jīng)加速電壓為 U 的加速電場的加速電場加速后進入磁感應(yīng)強度為加速后進入磁感應(yīng)強度為 B 的勻強磁場中的勻強磁場中，沿著半圓周運動沿著半圓周運動到記錄它的照相膠片到記錄它的照相膠片 P 上 若測得它在上 若測得它在 P 上的位置與上的位置與 A 間距間距離為離為 x，即可由此測得該同位素的質(zhì)量為即可由此測得該同位素的質(zhì)量為 mqB28Ux2. 第32頁/共48頁第33頁/共48頁第34頁/共48頁第35頁/共48頁第36頁/共48頁考查維度考查維度 1 質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀 (多選多選)(2016佛山質(zhì)

10、檢佛山質(zhì)檢)1922 年英年英國物理學家阿斯頓因質(zhì)譜儀的發(fā)明、同國物理學家阿斯頓因質(zhì)譜儀的發(fā)明、同位素和質(zhì)譜的研究榮獲了諾貝爾化學位素和質(zhì)譜的研究榮獲了諾貝爾化學獎若速度相同的同一束粒子由左端射獎若速度相同的同一束粒子由左端射入質(zhì)譜儀后的運動軌跡如圖所示入質(zhì)譜儀后的運動軌跡如圖所示，則下則下列相關(guān)說法中正確的是列相關(guān)說法中正確的是( ) A該束粒子帶負電該束粒子帶負電 B速度選擇器的速度選擇器的 P1極板帶正電極板帶正電 C在在 B2磁場中運動半徑越大的粒子磁場中運動半徑越大的粒子，質(zhì)量越大質(zhì)量越大 D在在 B2磁場中運動半徑越大的粒子磁場中運動半徑越大的粒子，比荷越小比荷越小 BD第37頁/

11、共48頁第38頁/共48頁第39頁/共48頁第40頁/共48頁第41頁/共48頁第42頁/共48頁 3質(zhì)譜儀原理如圖所示質(zhì)譜儀原理如圖所示，a 為粒子為粒子加速器加速器，電壓為電壓為 U1，b 為速度選擇為速度選擇器器，磁場與電場正交磁感應(yīng)強度磁場與電場正交磁感應(yīng)強度為為 B1，板間距離板間距離為為 d，c 為偏轉(zhuǎn)分離為偏轉(zhuǎn)分離器器，磁感應(yīng)強度為磁感應(yīng)強度為 B2.今有一質(zhì)量為今有一質(zhì)量為 m，電荷量為電荷量為e 的粒子的粒子(不計重力不計重力)經(jīng)加速后，該粒子恰能通過速度選擇器，粒子進經(jīng)加速后，該粒子恰能通過速度選擇器，粒子進入分離器后做半徑為入分離器后做半徑為 R 的勻速圓周運動求：的勻速圓周運動求： (1)粒子的速度粒子的速度 v； (2)速度選擇器的電壓速度選擇器的電壓 U2； (3)粒子在粒子在 B2磁場中做勻速圓周運動的半徑磁場中做勻速圓周運動的半徑 R. 第43頁/共48頁第44頁/共48頁第45頁/共48頁A第46頁/共48頁第47頁/共48頁感謝您的觀看！第48頁/共48頁