江苏省新沂市王楼中学高中物理 3-1(3.6)导学案

学习内容 江苏省新沂市王楼中学高中物理 3-1（3.6）导学案 1．学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、周期公式，并会用它们解答有关问题。 学习目标 2.知道质谱仪和回旋加速器的基本构造和工作原理，知道加速器的基本用途 3．掌握带电粒子在磁场中的运动问题的解题方法，会分析多解问题、临界问题、极值问题。 学习重、难点 学法指导 1．回旋加速器的工作原理 2．带电粒子在磁场中的运动问题 自主、合作、探究 1．左手定则判定洛仑兹力方向： 2、计算洛伦兹力的大小： （1）如果电流方向与磁场方向不垂直，设磁场与电流方向的夹角等于θ，洛伦兹力公式为__________， 知识链接 （2）当电荷的运动方向与磁场方向在一条直线上（v∥B），洛仑兹力为___ __ ； （3）当电荷的运动方向与磁场方向垂直时(v⊥B)，洛仑兹力最大且等于______ ___。 3、洛化兹力做功特点： 学习过程 用案人自我创新 【自主学习】 1．运动轨迹： 带电粒子（不计重力）以一定的速度v进入磁感应强度为B的磁场中： （1）当v∥B时，带电粒子将做 运动。 （2）当v⊥B时，带电粒子将做 运动。 （3）当V与B的夹角为θ(θ≠00,900,1800)时, 带电粒子将做 运动。 2.带电粒子在匀强磁场中的圆周运动 (1)轨道半径:由于 提供向心力,则有 得到轨道半径 。 （2）周期：由轨道半径与周期之间的关系 可得到周期公式 3．质谱仪（结合图3.6-4） （1）工作原理①加速： ②偏转： （2）应用： 粒子的_______________之比叫做比荷，比荷是带电粒子的一种基本属性，质谱仪是测定带电粒子比荷的重要仪器，利用质谱仪可以精确测定某种元素的原子量，区分同位素． 4、回旋加速器原理： （1） 由于________原因，D形金属扁盒内没有电场，粒子在D形金属扁盒内运动时不能获得加速，仅在磁场力作用下做________运动，周期为________． （2）两个D形金属扁盒缝隙中存在交变的电场，只要保证粒子每次进入电场时，都是加速电场，粒子就能获得加速．粒子在磁场中转过半圈的时间为圆周运动的半周期，这就要求交流电经过这段时间就要改变方向一次，尽管粒子的速度越来越大，但粒子的运动周期与 速度_____，不计粒子通过缝隙所需要的时间，只要满足交流电的周期与粒子作圆周运动的周期_______，粒子就能不断地获得加速．D形金属扁盒的半径为R，根据Bqv=mv2/R，粒子飞出加速器时的动能为EK=mv2/2=B2R2q2/2m，它与加速电压U无关。 【范例精析】 例1、有一圆形边界的匀强磁场区域，一束质子流以不同的速率，由圆周上的同一点，沿半径方向射入磁场，质子在磁场中（ ） Ａ.路程长的运动时间长 B．速率小的运动时间短 C．偏转角度大的运动时间长 D．运动的时间有可能无限长 解析： 质子在圆形磁场中走过一段圆弧后离开圆形磁场区域，如图3-6-1所示，由几何关系可知ABO四点共圆，tanθ=R/r=BqR/mv，质子在磁场中运动的时间为t=2θT/2π=θT/π,由于周期不变，所以在磁场中的运动时间与成正比．当质子的速度较小时，对应的θ较大，即运动时间较长；粒子偏转角度大时对应的运动时间也长，由于质子最终将离开圆形磁场，所以在磁场中运动的时间不可能无限长，本题的正确选项是C． 拓展： 粒子在圆形磁场中的运动时间到底由什么因素决定？应养成配图分析的习惯、推导粒子在磁场中运动时间的决定因素，在这个基础上再对各个选项作出判断。 例2、 α粒子和氘核垂直于磁感线方向进入同一匀强磁场中，它们作匀速圆周运动的半径相同，其原因可能是它们（ ） A.进入磁场的初速度相同 B.进入磁场的初动能相同 C．入磁场的初动量相同 D.进入磁场前均由静止起经同一电场加速 拓展：本题涉及的知识有动能、动量、粒子的比荷、带电粒子在电场中的加速等，涉及的运算技能主要是比值法运算，公式的变形等，学习过程中应注重逻辑推理能力的培养。 例3、如图3-6-2所示，在y<0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直平面并指向纸面外，磁感应强度为B．一带正电的粒子（不计重力）以速度v0从O点射入磁场，入射方向在xy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点的距离为，求该粒子的电荷量与质量之比q/m． 解析： 拓展：涉及带电粒子在匀强磁场中的圆周运动问题时，正确分析出几何关系是重点，为此解题过程必须作图分析。如图3-6-4为一金属圆筒的横截面，半径R，筒内有匀强磁场，磁场方向垂直纸面，磁感强度为B，磁场下面有一匀强电场，一个质量为m（重力不计）、带电量为 q的电荷，在电场作用下，沿图示轨迹由静止开始从A点运动到B点，在磁场中，速度方向偏转了600，求加速电场两极间的电压．