2018-2019学年高中物理选修3-1(人教版)课件：第三章 第6节 第一课时带电粒子在匀强磁场中的运动
2 2 L ＋ d 则 L2＋(R－d)2＝R2，即 R＝ . 2d
v2 3．粒子在匀强磁场中做圆周运动：由 Bqv＝m r 可 求相关量． 4．运动时间的求解： θ θ 2π m t＝ T 或 t＝ T 其中 T＝ qB ，θ 为圆心角． 360° 2π
【典例 1】质量和电荷量都相等的带电粒子 M 和 N， 以不同的速率经小孔 S 垂直进入匀强磁场，运行的半圆 轨迹如图中虚线所示，下列表述正确的是( A．M 带负电，N 带正电 B．M 的速率小于 N 的速率 C．洛伦兹力对 M、N 做正功 D．M 的运行时间大于 N 的运行时间 )
解析：本题考查带电粒子在磁场中的圆周运动，意在 考查学生对左手定则、 半径公式、 周期公式的掌握情况． 根 据左手定则可知 N 带正电，M 带负电，A 正确．因为 r mv ＝ ，而 M 的半径大于 N 的半径，所以 M 的速率大于 Bq N 的速率，B 错误．
洛伦兹力永不做功，所以 C 错误．M 和 N 的运行时 πm 间都为 t＝ Bq ，所以 D 错误． 答案：A
)
拓展一
有界磁场问题
什么是有界匀强磁场？ 提示： 有界匀强磁场是指在题目规定的某一区域内有 匀强磁场． 这是对问题条件的一种限制， 说明磁场的范围 是有限的．于是，情境就可以在有无磁场中转换．增加了 题目的难度．
有界问题的处理： 1．轨迹的描绘和圆心的确定． (1)直线边界(进出磁场具有对称性，如图甲)．
次到达两盒间的缝隙处， 控制两盒间的电势差， 使其恰好
反向 ．于是粒子经过盒缝时再次被加速 _____ _____，如此反复，粒
子的速度就能增加到很大．
判断正误 (1)回旋加速器的半径越大，带电粒子获得的最大动 能就越大．(√) (2)利用回旋加速器加速带电粒子，要提高加速粒子 的最终能量，应尽可能增大磁感应强度 B 和 D 形盒的半 径 R.(√)
(3)圆心角为弦切角的 2 倍．
2．半径的求法． (1)已知弦切角或圆心角：可借助三角函数求解． 例：已知平行边界间距为 d，圆心角为 θ (如右图所示)． d 则 Rsin θ ＝d，即 R＝ . sin θ
(2)不知夹角情况：可借助勾股定理来求． 已知：平行边界的长度为 L，宽度为 d (如右图所示)．
难点
知识点一 提炼知识
带电粒子在匀强磁场中的运动
1．带电粒子(不计重力)在磁场中运动时，它所受的
垂直 ，所以洛伦兹力不改变 洛伦兹力总与速度的方向_____ ______带 不做功 电粒子速度的大小， 或者说， 洛伦兹力对带电粒子_______
(填“做功”或“不做功”)．
2．带电粒子(不计重力)以一定的速度 v 进入磁感应 强度为 B 的匀强磁场中：
同位素 ． _________
2．回旋加速器． 如图所示，D1 和 D2 是两个中空的半圆金属盒，它们 之间有一定的电势差 U，A 处粒子源产生的带电粒子，在 两盒间被_____ 加速 ．匀强磁场 B 与两个 D 形盒面_____ 垂直 ，所
匀速圆周运动 ． 以粒子在磁场中做________________ 经过半个圆周后再
匀速直线运动 ． (1)当 v∥B 时，带电粒子将做_____________
(2)当 v⊥B 时，带电粒子将做匀速圆周运动 _____________． ①洛伦兹力提供向心力，即 ②轨道半径
mv qB ． r＝_____ v2 m qvB＝_____ r ．
2π m qB ． ③运动周期 T＝______
(3)偏转：带电粒子进入质谱仪的偏转磁场，洛伦兹
2 m v qvB ＝ 力提供向心力：_______ r .②
q (4)由①②两式可以求出粒子的___________ 运动半径r 、比荷m
磁感应强度B 等． 以及偏转磁场的____________
(5) 应 用 ： 可 以 测 定 带 电 粒 子 的 质 量 和 分 析
(2)平行边界(存在临界条件，如图乙)．
(3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图丙)．
特别说明 (1)已知入射方向和出射方向，可通过作入射点方向 和出射点方向的垂线，两垂线的交点即为圆心． (2)已知入射方向和出射点位置，可作入射方向的垂 线以及入射点和出射点连线的中垂线的交点即为圆 心．例：如图所示．
小试身手 2. (多选)1930 年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
答案：AD
第三章
磁场
6
带电粒子在匀强磁场中的运动 带电粒子在匀强磁场 中的运动
第一课时
学
习
目
标
重 重点
点
难
点
1.知道回旋加速器和质 谱仪的工作原理. 2.理解洛伦兹力对粒子 不做功及粒子在匀强磁 场中做匀速圆周运动. 3.应用带电粒子在匀强 磁场中做匀速圆周运动 的半径、周期公式.
理解洛伦兹力对粒 子不做功及粒子在 匀强磁场中做匀速 圆周运动. 应用带电粒子在匀 强磁场中做匀速圆 周运动的半径、周 期公式.
A．电子做匀速圆周运动的半径最大 B．质子做匀速圆周运动的半径最大 C．氘核做匀速圆周运动的周期最大 D．氚核做匀速圆周运动的周期最大
答案：D
知识点二 提炼知识 1．质谱仪． (1)原理如图．
质谱仪和回旋加速器
(2)加速：带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能 定理： 1 2 qU＝ mv .① 2
判断正误 Байду номын сангаас1) 带 电 粒 子 进 入 匀 强 磁 场 后 一 定 做 匀 速 圆 周 运 动．(×) (2)运动电荷在匀强磁场中做圆周运动的周期与速度 无关．(√)
小试身手 1．有电子(
2 3 0－1e)、质子(1 H) 、氘核 ( H) 、氚核 ( 1 1 1H)，
以同样的速度垂直射入同一匀强磁场中，它们都做匀速 圆周运动，则( )
题后反思 此题属容易题，选项 D 由于带电粒子经过的路径大， 因此会有一些考生误认为 M 的运行时间大于 N 的运行时 间．
v2 3．粒子在匀强磁场中做圆周运动：由 Bqv＝m r 可 求相关量． 4．运动时间的求解： θ θ 2π m t＝ T 或 t＝ T 其中 T＝ qB ，θ 为圆心角． 360° 2π
【典例 1】质量和电荷量都相等的带电粒子 M 和 N， 以不同的速率经小孔 S 垂直进入匀强磁场，运行的半圆 轨迹如图中虚线所示，下列表述正确的是( A．M 带负电，N 带正电 B．M 的速率小于 N 的速率 C．洛伦兹力对 M、N 做正功 D．M 的运行时间大于 N 的运行时间 )
解析：本题考查带电粒子在磁场中的圆周运动，意在 考查学生对左手定则、 半径公式、 周期公式的掌握情况． 根 据左手定则可知 N 带正电，M 带负电，A 正确．因为 r mv ＝ ，而 M 的半径大于 N 的半径，所以 M 的速率大于 Bq N 的速率，B 错误．
洛伦兹力永不做功，所以 C 错误．M 和 N 的运行时 πm 间都为 t＝ Bq ，所以 D 错误． 答案：A
)
拓展一
有界磁场问题
什么是有界匀强磁场？ 提示： 有界匀强磁场是指在题目规定的某一区域内有 匀强磁场． 这是对问题条件的一种限制， 说明磁场的范围 是有限的．于是，情境就可以在有无磁场中转换．增加了 题目的难度．
有界问题的处理： 1．轨迹的描绘和圆心的确定． (1)直线边界(进出磁场具有对称性，如图甲)．
次到达两盒间的缝隙处， 控制两盒间的电势差， 使其恰好
反向 ．于是粒子经过盒缝时再次被加速 _____ _____，如此反复，粒
子的速度就能增加到很大．
判断正误 (1)回旋加速器的半径越大，带电粒子获得的最大动 能就越大．(√) (2)利用回旋加速器加速带电粒子，要提高加速粒子 的最终能量，应尽可能增大磁感应强度 B 和 D 形盒的半 径 R.(√)
(3)圆心角为弦切角的 2 倍．
2．半径的求法． (1)已知弦切角或圆心角：可借助三角函数求解． 例：已知平行边界间距为 d，圆心角为 θ (如右图所示)． d 则 Rsin θ ＝d，即 R＝ . sin θ
(2)不知夹角情况：可借助勾股定理来求． 已知：平行边界的长度为 L，宽度为 d (如右图所示)．
难点
知识点一 提炼知识
带电粒子在匀强磁场中的运动
1．带电粒子(不计重力)在磁场中运动时，它所受的
垂直 ，所以洛伦兹力不改变 洛伦兹力总与速度的方向_____ ______带 不做功 电粒子速度的大小， 或者说， 洛伦兹力对带电粒子_______
(填“做功”或“不做功”)．
2．带电粒子(不计重力)以一定的速度 v 进入磁感应 强度为 B 的匀强磁场中：
同位素 ． _________
2．回旋加速器． 如图所示，D1 和 D2 是两个中空的半圆金属盒，它们 之间有一定的电势差 U，A 处粒子源产生的带电粒子，在 两盒间被_____ 加速 ．匀强磁场 B 与两个 D 形盒面_____ 垂直 ，所
匀速圆周运动 ． 以粒子在磁场中做________________ 经过半个圆周后再
匀速直线运动 ． (1)当 v∥B 时，带电粒子将做_____________
(2)当 v⊥B 时，带电粒子将做匀速圆周运动 _____________． ①洛伦兹力提供向心力，即 ②轨道半径
mv qB ． r＝_____ v2 m qvB＝_____ r ．
2π m qB ． ③运动周期 T＝______
(3)偏转：带电粒子进入质谱仪的偏转磁场，洛伦兹
2 m v qvB ＝ 力提供向心力：_______ r .②
q (4)由①②两式可以求出粒子的___________ 运动半径r 、比荷m
磁感应强度B 等． 以及偏转磁场的____________
(5) 应 用 ： 可 以 测 定 带 电 粒 子 的 质 量 和 分 析
(2)平行边界(存在临界条件，如图乙)．
(3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图丙)．
特别说明 (1)已知入射方向和出射方向，可通过作入射点方向 和出射点方向的垂线，两垂线的交点即为圆心． (2)已知入射方向和出射点位置，可作入射方向的垂 线以及入射点和出射点连线的中垂线的交点即为圆 心．例：如图所示．
小试身手 2. (多选)1930 年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
答案：AD
第三章
磁场
6
带电粒子在匀强磁场中的运动 带电粒子在匀强磁场 中的运动
第一课时
学
习
目
标
重 重点
点
难
点
1.知道回旋加速器和质 谱仪的工作原理. 2.理解洛伦兹力对粒子 不做功及粒子在匀强磁 场中做匀速圆周运动. 3.应用带电粒子在匀强 磁场中做匀速圆周运动 的半径、周期公式.
理解洛伦兹力对粒 子不做功及粒子在 匀强磁场中做匀速 圆周运动. 应用带电粒子在匀 强磁场中做匀速圆 周运动的半径、周 期公式.
A．电子做匀速圆周运动的半径最大 B．质子做匀速圆周运动的半径最大 C．氘核做匀速圆周运动的周期最大 D．氚核做匀速圆周运动的周期最大
答案：D
知识点二 提炼知识 1．质谱仪． (1)原理如图．
质谱仪和回旋加速器
(2)加速：带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能 定理： 1 2 qU＝ mv .① 2
判断正误 Байду номын сангаас1) 带 电 粒 子 进 入 匀 强 磁 场 后 一 定 做 匀 速 圆 周 运 动．(×) (2)运动电荷在匀强磁场中做圆周运动的周期与速度 无关．(√)
小试身手 1．有电子(
2 3 0－1e)、质子(1 H) 、氘核 ( H) 、氚核 ( 1 1 1H)，
以同样的速度垂直射入同一匀强磁场中，它们都做匀速 圆周运动，则( )
题后反思 此题属容易题，选项 D 由于带电粒子经过的路径大， 因此会有一些考生误认为 M 的运行时间大于 N 的运行时 间．
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2018-2019学年人教版高二上学期物理选修3-1课件：第三章 磁场 3.6
根据几何关系可以得到，当弦最长时，运动的时间最
长，弦为2R0时，圆心角为60°，有
t＝60 T＝4m。 360 3 小为 B ， 方向向里；
2
以R0为半径的区域外磁感应强度的大小为
B 2
，方向向
外。粒子运动的半径为R0。
知识点一 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的 圆心、半径和时间的确定 探究导入： 同一种带电粒子以不同的速度垂直射入匀强磁场，只 受洛伦兹力作用，其运动轨迹如图所示，请思考：
(1)这三个轨迹都是圆吗？ (2)对应的粒子的速度大小相等吗？ (3)在磁场中的运动时间关系如何？
提示：(1)当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时， 电子受到垂直于速度方向的洛伦兹力的作用，洛伦兹 力只能改变速度的方向，不能改变速度的大小。因此， 洛伦兹力对粒子不做功，不能改变粒子的能量。洛伦 兹力对带电粒子的作用正好起到向心力的作用。所以， 当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时，粒子在 匀强磁场中做匀速圆周运动。
(2)三个圆轨道对应的速度不相等，大小关系为
v3>v2>v1。 (3)由圆周运动的周期关系T= 2 m，周期与带电粒子
qB
的速度大小和半径并无关系，三个粒子都转过半圈，
经历半个周期，所以在磁场中经历的时间相同。
【归纳总结】 1.两种常见的运动情况： (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 兹力为零，带电粒子将以速度v做匀速直线运动。
(2)磁场的特点及作用。 ①特点：D形盒处于与盒面垂直的_匀__强__磁场中。 ②作用：带电粒子在洛伦兹力作用下做_匀__速__圆__周__运 动，从而改变运动方向，_半__个__周期后再次进入电场。
【思考辨析】 (1)带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径与粒子的 质量和速度无关。 ( ) (2)带电粒子在磁场中运动的速度越大，周期越大。
长，弦为2R0时，圆心角为60°，有
t＝60 T＝4m。 360 3 小为 B ， 方向向里；
2
以R0为半径的区域外磁感应强度的大小为
B 2
，方向向
外。粒子运动的半径为R0。
知识点一 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的 圆心、半径和时间的确定 探究导入： 同一种带电粒子以不同的速度垂直射入匀强磁场，只 受洛伦兹力作用，其运动轨迹如图所示，请思考：
(1)这三个轨迹都是圆吗？ (2)对应的粒子的速度大小相等吗？ (3)在磁场中的运动时间关系如何？
提示：(1)当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时， 电子受到垂直于速度方向的洛伦兹力的作用，洛伦兹 力只能改变速度的方向，不能改变速度的大小。因此， 洛伦兹力对粒子不做功，不能改变粒子的能量。洛伦 兹力对带电粒子的作用正好起到向心力的作用。所以， 当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时，粒子在 匀强磁场中做匀速圆周运动。
(2)三个圆轨道对应的速度不相等，大小关系为
v3>v2>v1。 (3)由圆周运动的周期关系T= 2 m，周期与带电粒子
qB
的速度大小和半径并无关系，三个粒子都转过半圈，
经历半个周期，所以在磁场中经历的时间相同。
【归纳总结】 1.两种常见的运动情况： (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 兹力为零，带电粒子将以速度v做匀速直线运动。
(2)磁场的特点及作用。 ①特点：D形盒处于与盒面垂直的_匀__强__磁场中。 ②作用：带电粒子在洛伦兹力作用下做_匀__速__圆__周__运 动，从而改变运动方向，_半__个__周期后再次进入电场。
【思考辨析】 (1)带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径与粒子的 质量和速度无关。 ( ) (2)带电粒子在磁场中运动的速度越大，周期越大。
2018-2019学年高中物理(人教浙江专用版)选修3-1课件第三章磁场3-6
5．应用：可以测定带电粒子的质量和分析 同位素 。
[典 例 精 析 ] 【例 2】 如图 3 是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电 场加速后，进入速度选择器。速度选择器内存在正交的匀强磁 场和匀强电场。匀强磁场的磁感应强度为 B，匀强电场的电场 强度为 E。平板 S 上有可让粒子通过的狭缝 P 和记录粒子位置 的胶片 A1A2。平板 S 下方有磁感应强度为 B0 的匀强磁场。下 列表述正确的是 ( )
答案 A
E (1)任何粒子只要满足 v＝B， 就能匀速直线通过选择器， 与粒子的 电荷量、质量无关。 (2)速度选择器只能单向应用。对于上题图所示速度选择器，如从 下方射入，则正、负粒子所受电场力和洛伦兹力方向相同，不可 能做匀速直线运动。
[即 学 即 练 ] 2．(2018· 浙江东阳中学模拟)如图 4 所示，一质子(不计重力)以速 度 v 穿过互相垂直的电场和磁场区域而没有发生偏转，则 ( )
mv 2 qvB＝ r ② 1 得 r＝B 2mU q ，而 mα＝4mH，qα＝2qH，故 RH∶Rα＝1∶ 2，又
2πm T＝ qB ，故 TH∶Tα＝1∶2。同理可求其他物理量之比。
答案 B
[即 学 即 练 ] 1． (2018· 台州质量评估)用洛伦兹力演示仪可以观察电子在磁场中 的运动径迹。图 1 甲是洛伦兹力演示仪的实物图，图乙是结构 示意图。励磁线圈通电后可以产生垂直纸面的匀强磁场，励磁 线圈中的电流越大，产生的磁场越强。图乙中电子经电子枪中 的加速电场加速后水平向左垂直磁感线方向射入磁场。下列关 于实验现象和分析正确的是 ( )
答案
A
[基 础 梳 理 ]
1．原理如图2所示
图2
2．加速：带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理： 1 qU ＝ mv2① 2 3． 偏转： 带电粒子进入质谱仪的偏转磁场， 洛伦兹力提供向心力： mv 2 qvB ＝ r ② 4．由①②两式可以求出粒子的 比荷 、 质量 以及偏转磁场的
[典 例 精 析 ] 【例 2】 如图 3 是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电 场加速后，进入速度选择器。速度选择器内存在正交的匀强磁 场和匀强电场。匀强磁场的磁感应强度为 B，匀强电场的电场 强度为 E。平板 S 上有可让粒子通过的狭缝 P 和记录粒子位置 的胶片 A1A2。平板 S 下方有磁感应强度为 B0 的匀强磁场。下 列表述正确的是 ( )
答案 A
E (1)任何粒子只要满足 v＝B， 就能匀速直线通过选择器， 与粒子的 电荷量、质量无关。 (2)速度选择器只能单向应用。对于上题图所示速度选择器，如从 下方射入，则正、负粒子所受电场力和洛伦兹力方向相同，不可 能做匀速直线运动。
[即 学 即 练 ] 2．(2018· 浙江东阳中学模拟)如图 4 所示，一质子(不计重力)以速 度 v 穿过互相垂直的电场和磁场区域而没有发生偏转，则 ( )
mv 2 qvB＝ r ② 1 得 r＝B 2mU q ，而 mα＝4mH，qα＝2qH，故 RH∶Rα＝1∶ 2，又
2πm T＝ qB ，故 TH∶Tα＝1∶2。同理可求其他物理量之比。
答案 B
[即 学 即 练 ] 1． (2018· 台州质量评估)用洛伦兹力演示仪可以观察电子在磁场中 的运动径迹。图 1 甲是洛伦兹力演示仪的实物图，图乙是结构 示意图。励磁线圈通电后可以产生垂直纸面的匀强磁场，励磁 线圈中的电流越大，产生的磁场越强。图乙中电子经电子枪中 的加速电场加速后水平向左垂直磁感线方向射入磁场。下列关 于实验现象和分析正确的是 ( )
答案
A
[基 础 梳 理 ]
1．原理如图2所示
图2
2．加速：带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理： 1 qU ＝ mv2① 2 3． 偏转： 带电粒子进入质谱仪的偏转磁场， 洛伦兹力提供向心力： mv 2 qvB ＝ r ② 4．由①②两式可以求出粒子的 比荷 、 质量 以及偏转磁场的
【高中物理】2018-2019学年高中物理人教版选修3-1同步教学PPT第三章第6节：带电粒子在匀强磁场中的运动
2．(1)同位素在质谱仪中半径越大，质量就越大．( (2)照相底片上有几条谱线就有几种同位素．( (3)谱线越明显就说明这种同位素含量越少．(
提示：(1)√ (2)√ (3)×
)
) )
三、回旋加速器 1．构造图(如图)
2．工作原理 (1)电场的特点及作用．
周期性变化 的电场． 特点：两个 D 形盒之间的窄缝区域存在____________ 加速 ． 作用：带电粒子经过该区域时被______
3．偏转：带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，洛 mv qvB 伦兹力提供向心力：________＝ ② r
2
q 4． 结论： 由①②两式可以求出粒子的半径 r、 质量 m、 比荷 等． 其 m 1 中由 r＝ B 2mU 质量 变化． 可知电荷量相同时，半径将随______ q
同位素 ． 5．质谱仪的应用：可以测定带电粒子的质量和分析________
(2)半径和周期公式：质量为 m，带电荷量为 q，速率为 v 的带电 粒子，在磁感应强度为 B 的匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦 mv 2 mv qB ，再由 T 兹力提供向心力，即 qvB＝ ，可得半径公式 r＝____ r 2π r 2π m ＝ 得周期公式 T＝ ， 由此可知带电粒子在磁场中做匀速 v qB 无关 ． 圆周运动的周期跟速率 v 和半径 r______
(2)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，作其中垂线，这两条垂线的交 点就是圆弧轨道的圆心(如图乙所示， P 为入射点， M 为出射点， O 为轨道圆心)．
2．运动半径的确定：作入射点、出射点对应的半径，并作出相 应的辅助三角形， 利用三角形的解析方法或其他几何方法， 求解 mv 出半径的大小，并与半径公式 r＝ 联立求解． Bq
人教版高中物理选修3-1课件第3章6
配人教版 物理 选修3-1
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(1)盒中有无电场？ (2)粒子在盒内做何种运动？ (3)所加交流电频率应是多大，粒子角速度为多大？ (4)粒子离开加速器时速度是多大，最大动能为多少？ (5)设两D形盒间电场的电势差为U，求加速到上述能量所需的 时间．(不计粒子在电场中运动的时间)
配人教版 物理 选修3-1
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配人教版 物理 选修3-1
(2)电场的作用 回旋加速器两个D形盒之间的窄缝区域存在周期性变化并垂直 于两D形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加 速． (3)交变电压 为保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速，使之能量不断提高 ，需在窄缝两侧加上跟带电粒子在D形盒中运动周期相同的交 变电压．
配人教版 物理 选修3-1
配人教版 物理 选修3-1 解析：如图所示，由于质子在O点的速度垂直于板NP，所以 粒子在磁场中做圆周运动的圆心O′一定位于NP所在的直线上 ．如果直径小于ON，则轨迹将是圆心位于ON之间的一段半圆 弧．
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配人教版 物理 选修3-1
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配人教版 物理 选修3-1
配人教版 物理 选修3-1
配人教版 物理 选修3-1
配人教版 物理 选修ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ-1
配人教版 物理 选修3-1
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(1)离子速度的大小； (2)离子的质量．
配人教版 物理 选修3-1
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配人教版 物理 选修3-1 (2)在圆形磁场区域，离子做匀速圆周运动．由洛伦兹力公式 和牛顿第二定律有
配人教版 物理 选修3-1
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配人教版 物理 选修3-1
2．一回旋加速器，在外加磁场一定时，可把质子(H)加速到v
人教版高中物理选修3-1课件：第三章 磁场 6
3-1 ·
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第三章 磁场
二、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的程序解题法——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、圆心角相联系。 3．用规律
物 理 选 修
物 理 选 修
3-1 ·
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第三章 磁场
知识点2
质谱仪
用来分析各种元素的同位素并测量其质量及含量百分比的仪器。
1．构造 如图所示，主要由以下几部分组成： ①带电粒子注射器 ②加速电场(U) 速度选择器(B1、E) ③______________________
物 理 选 修
偏转磁场(B2) ④_____________ ⑤照相底片
新课标导学
物 理
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第三章
磁 场
6 带电粒子在匀强磁场中的运动
第三章 磁场
‴‴
‴
掌握带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹及做功情况
了解质谱仪和回旋加速器的工作原理
物 理 选 修
3-1 ·
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第三章 磁场
如图是一台粒子回旋加速器，它的直径长达 2km，请你探究分析回旋加速
物 理 选 修
3-1 ·
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第三章 磁场
3．半径的确定 用几何知识(勾股定理、三角函数等)求出半径大小。 4．运动时间的确定 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，其运动时间由下式表示： α α t＝ T(或 t＝ T)。 360° 2π
最新人教版物理选修3-1课件：3-6《带电粒子在匀强磁场中的运动》ppt课件
图5
第三章· 课时6
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二合一
A．始终做匀速运动 B．始终做减速运动，最后静止于杆上 C．先做加速运动，最后做匀速运动 D．先做减速运动，最后做匀速运动
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二合一
解析：由左手定则可判断滑环受到向上的洛伦兹力．如果 开始时 qvB＝mg，滑环不受摩擦力将做匀速运动；当开始时 qvB>mg 时，滑环受到摩擦力作用，随着速度 v 的减小，洛伦 兹力也减小，当减小到 qvB＝mg 时，滑环以后做匀速运动；当 开始时 qvB<mg，滑环由于受到摩擦力作用，做减速运动，当 减速到 0 时，静止于杆上．
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图1
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粒子编号 1 2 3 4
质量 m 2m 3m 2m
电荷量(q>0) 2q 2q －3q 2q －q
速度大小 v
2v
3v 3v v
5
2m
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由以上信息可知，从图中 a、b、c 处进入的粒子对应表中 的编号分别为( A．3、5、4 C．5、3、2 ) B．4、2、5 D．2、4、5
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v2 mv 解析：根据 qvB＝m R 得：R＝ qB ，将 5 个电荷的电量和 mv 2m v 3mv 质量、速度大小分别带入得：R1＝ ，R2＝ qB ，R3＝ qB ， 2qB 3mv 2mv mv R4＝ qB ，R5＝ qB .令图中一个小格的长度 l＝ qB ，则 Ra＝2l， Rb＝3l，Rc＝2l.如果磁场方向垂直纸面向里，则从 a、b 进入磁 场的粒子为正电荷，从 c 进入磁场的粒子为负电荷，则 a 对应 2，c 对应 5，b 对应 4，D 选项正确．
2018-2019学年高中物理(人教版)选修3-1课件：第3章 磁场3-1
3．地磁场
南极 (1)地磁场：地球本身是一个磁体，N 极位于地理___ 北 极附近。自由转动的小磁针能显示 附近，S 极位于地理___
出地磁场的方向，这就是指南针的原理。 (2)磁偏角：小磁针 ______的指向与正南方向之间的夹角。 (3)太阳、月亮、其他行星等许多天体都有磁场。
(1)奥斯特实验说明了磁场可以产生电流。( × ) (2)天然磁体与人造磁体都能吸引铁质物体。( √ ) (3)单独一个带电体可以只带正电荷 (或负电荷)， 同样磁 体也可以只有 N 极或 S 极。( × ) (4)地磁场能使小磁针的两极指向正南正北。( × ) (5)地理的南北极与地磁的南北极并不重合，地磁的北 极在地理北极附近。( × ) (6)磁场的基本性质是对处在磁场中的磁极或电流有力 的作用。( √ )
铁质 物体的性质。 (1)磁性：磁体吸引_______ 最强 的区域。 (2)磁极：磁体上磁性_______
①北极：自由转动的磁体，静止时指 ____ 北 的磁极，又叫 N 极。
南 的磁极，又叫 ②南极：自由转动的磁体，静止时指 ____
S 极。
2．电流的磁效应
奥斯特 在一次讲课中， (1)发现： 1820 年， 丹麦物理学家_______
例 2
地球是一个大磁体：①在地面上放置一个小磁
针，小磁针的南极指向地磁场的南极；②地磁场的北极在地 理南极附近；③赤道附近地磁场的方向和地面平行； ④北半 球地磁场方向相对地面是斜向上的； ⑤地球上任何地方的地 磁场方向都是和地面平行的。 以上关于地磁场的描述正确的 是( ) A．①②④ B．②③④ C．①⑤ D．②③
例 1 正确的是(
(多选)关于磁铁、电流间的相互作用，下列说法 )
A．甲图中，电流不产生磁场，电流对小磁针力的作用 是通过小磁针的磁场发生的 B．乙图中，磁体对通电导线的力是通过磁体的磁场发 生的 C．丙图中电流间的相互作用是通过电流的磁场发生的 D．丙图中电流间的相互作用是通过电荷的电场发生的
2018-2019高中同步新课标高中物理人教版选修3-1课件：第三章 磁场3.6
A．使粒子速度 v<B4qmL B．使粒子速度 v>5B4mqL C．使粒子速度 v>B4qmL D．使粒子速度 v 满足B4qmL<v<54BmqL
解析： 当粒子紧擦上极板右边缘飞出时(如图)，半径为 R，则 L2＋R－L22＝R2
解得 R＝54L 由 R＝mqBv得 v＝qBmR＝5q4mBL 即当粒子的速度 v>5q4mBL时，粒子就打不到极板上．故 B 正确．
当粒子紧擦着上极板左边缘飞出时(如图所示)，有 R＝L4 由 R＝mqBv得 v＝qBmR＝q4BmL 即当粒子的速度 v<q4BmL时，粒子也不能打到极板上． 故欲使粒子不打到极板上，则 v 满足：v<q4BmL或 v>5q4mBL. 答案： AB
达标检测区
1．在匀强磁场中，一个带电粒子做匀速圆周运动，如果 又顺利垂直进入另一磁感应强度是原来磁感应强度 2 倍的匀强 磁场，则( )
回旋加速器 1.构造 如图所示． 回旋加速器的核心部件是两个__D_形__盒_____．
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__相__同____．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__不__变____．
3．最大动能 由 qvB＝mrv2和 Ek＝12mv2 得 Ek＝q22Bm2r2；当 r＝R 时，有 最大动 能 Ekm＝q22Bm2R2(R 为 D 形盒的半径)，即粒子在回旋加速器 中获得的最大动能与 q、m、B、R 有关，与加速电压无关．
A．粒子的速率加倍，周期减半 B．粒子的速率不变，轨道半径减半 C．粒子的速率减半，轨道半径变为原来的 1/4 D．粒子的速率不变，周期减半
解析： 因洛伦兹力对运动电荷不做功，所以速率不变， 应用轨道半径公式 r＝mqBv和周期公式 T＝2qπBm可判断 B、D 选 项正确．
解析： 当粒子紧擦上极板右边缘飞出时(如图)，半径为 R，则 L2＋R－L22＝R2
解得 R＝54L 由 R＝mqBv得 v＝qBmR＝5q4mBL 即当粒子的速度 v>5q4mBL时，粒子就打不到极板上．故 B 正确．
当粒子紧擦着上极板左边缘飞出时(如图所示)，有 R＝L4 由 R＝mqBv得 v＝qBmR＝q4BmL 即当粒子的速度 v<q4BmL时，粒子也不能打到极板上． 故欲使粒子不打到极板上，则 v 满足：v<q4BmL或 v>5q4mBL. 答案： AB
达标检测区
1．在匀强磁场中，一个带电粒子做匀速圆周运动，如果 又顺利垂直进入另一磁感应强度是原来磁感应强度 2 倍的匀强 磁场，则( )
回旋加速器 1.构造 如图所示． 回旋加速器的核心部件是两个__D_形__盒_____．
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__相__同____．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__不__变____．
3．最大动能 由 qvB＝mrv2和 Ek＝12mv2 得 Ek＝q22Bm2r2；当 r＝R 时，有 最大动 能 Ekm＝q22Bm2R2(R 为 D 形盒的半径)，即粒子在回旋加速器 中获得的最大动能与 q、m、B、R 有关，与加速电压无关．
A．粒子的速率加倍，周期减半 B．粒子的速率不变，轨道半径减半 C．粒子的速率减半，轨道半径变为原来的 1/4 D．粒子的速率不变，周期减半
解析： 因洛伦兹力对运动电荷不做功，所以速率不变， 应用轨道半径公式 r＝mqBv和周期公式 T＝2qπBm可判断 B、D 选 项正确．
选修3-1第三章 第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动
答案：AD
【触类旁通】 3．(双选)在回旋加速器中，下列说法不正确的是( BD ) A．电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋 B．电场和磁场同时用来加速带电粒子 C．在交流电压一定的条件下，回旋加速器的半径越大， 同一带电粒子获得的动能越大 D．同一带电粒子获得的最大动能只与交流电源的电压大 小有关，而与交流电源的频率无关
2 mU2 所以 U1＝2qB2d2. 1
(3)粒子在 B2 中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有 v2 qvB2＝m R
mU2 所以 R＝ B d . qB1 2
知识点 3
回旋加速器
回旋加速器是利用磁场使带电粒子做回旋运动，在运动中 经高频电场反复加速的装置．
图 3－6－8
讨论： (1)回旋加速器的核心部分是放置在磁场中的两个 D 形的金 粒子源 属扁盒( 如图 3 －6 －8 所示)，其基本组成为：①________ ， 两个 D 形金属盒 匀强磁场 高频电源 ②___________________，③_____________，④___________， 粒子引出装置 ⑤__________________.
D．A 带负电，B 带正电，qA ＝2qB
图 3－6－4
解析：粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，洛伦兹力提 供向心力，一定指向圆心，由左手定则可判断，A 带正电，B mv 带负电；由 R＝ ，mA＝mB，vA＝vB，可得 qA∶qB＝RB∶RA Bq ＝2∶1，即 qA＝2qB，B 正确． 答案：B
6
带电粒子在匀强磁场中的运动
1．带电粒子在匀强磁场中的运动
大小 (1)洛伦兹力不改变带电粒子速度的________，或者说，洛 做功 伦兹力不对带电粒子________．
2018-2019学年高中物理人教版版选修3-1课件：带电粒子在电场中的运动
到 B 点，设 A、B 两点间的电势差为 U，由动能定理有
对质子：12mHv2H＝qHU，
对 α 粒子：12mαvα 2＝qαU.
所以vvHα ＝
qqHαmmHα＝
12× ×41＝
2 1.
[答案] 2∶1
该电场为非匀强电场，带电粒子在 A、B 间的运动为变加速运动，不可 能通过力和加速度的途径解出该题，但注意到电场力做功 W＝qU 这一关系 对匀强电场和非匀强电场都适用，因此从能量的角度入手，由动能定理来 解该题很方便．
解析：(1)①设离子带电荷量为 q，质量为 m，经过加速后的速度为 v，则 qU＝12mv2① 离子飞越真空管 AB 做匀速直线运动，则 L＝vt1② 由①②两式得离子比荷mq ＝2LU2t12③ ②离子在匀强电场区域 BC 中做往返运动，设加速度为 a，则 qE＝ma④
为 U 的电场加速后，获得的速度为 v＝ m .
[判断] (1)质量很小的粒子不受万有引力的作用．( ) (2)带电粒子在电场中只受电场力作用时，电场力一定做正功．( ) (3)电场力做正功时，粒子动能一定增加．( ) 提示：(1)× (2)× (3)×
二、带电粒子的偏转
质量为 m、带电荷量为 q 的基本粒子，以初速度 v0 平行于两极板进入匀强 电场，极板长为 l，板间距离为 d，板间电压为 U.
，则 tan θ＝vv⊥0＝
qUl mdv20
.
[判断] (1)带电粒子以初速度 v0 垂直进入匀强电场中，做类平抛运动．( ) (2)解答带电粒子在电场中偏转问题的基本方法是运动的合成与分解．( ) (3)带电粒子在匀强电场中的偏转角度与偏转电压有关．( ) 提示：(1)× (2)√ (3)√
三、示波管的原理 1．构造 示波管是示波器的核心部件，外部是一个抽成真空的玻璃壳，内部主要由 电子枪(发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电极 (由一对 X 偏转电极板 和一对 Y 偏转电极板组成)和荧光屏组成，如图所示．