3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动 学案 -2022-2023学年高二上学期物理人教版选修3-1

第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动 【实验】用洛伦兹力演示仪演示电子束的径迹 1．无磁场时，电子沿＿＿＿＿运动。 2．有磁场时，电子做＿＿＿＿运动： (1)增大磁场强度，圆的半径＿＿＿＿； (2)增大加速电场，圆的半径＿＿＿＿。 一、带电粒子在磁场中的运动 带电粒子以一定的初速度v进入磁感应强度为B的匀强磁场，不计重力，只考虑洛伦兹力f，有两种典型的运动： 1．匀速直线运动 当v＿＿B或B=＿＿时，f=＿＿，则带电粒子将以入射 速度v做＿＿＿＿＿＿＿运动； 2．匀速圆周运动 当v＿＿B时，总有f＿＿v，f 只改变v的＿＿＿＿， 不改变v的 ＿＿＿＿，f对带电粒子＿＿＿＿＿＿，带电粒子 将以入射速度v做 匀速圆周运动， 则 (1)向心力＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿； (2)轨道半径：＿＿＿＿＿＿＿＿＿； (3)运动周期：＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 【注意】T与v＿＿＿＿。 二、质谱仪 1．结构： ＿＿＿＿＿＿＿＿、速度选择器、＿＿＿＿＿＿＿＿； 2．原理： (1)带电粒子通过加速电场的速度为：＿＿＿＿＿＿＿＿； (2)带电粒子通过速度选择器的速度为：＿＿＿＿＿＿＿； (3)在偏转磁场中做圆周运动的半径：＿＿＿＿＿＿＿＿； (4)带电粒子的荷质比＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 【说明】质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具 。 三、直线加速器(多级加速器) 粒子在每个加速电场中的运动时间相等， 因为交变电压的变化周期相同。 电荷量为 q 的粒子经过 n 级加速后，获得的动能可以达到 EK= q（U1+U2+ …+Un）。 四、回旋加速器 1．功能：加速器是使带电粒子获得高能量的装置。 2．结构：回旋加速器主要由圆柱形磁极、两个D形金属盒、高频交变电源、粒子源和粒子引出装置等构成。 3．原理： (1)旋转周期：＿＿＿＿＿＿＿＿； (2)最大速度：设D型盒最大半径R， 带电粒子的最大速度为＿＿＿＿＿＿＿＿； (3)最大动能：带电粒子的最大动能为＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 【说明】 【说明】 ①电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期＿＿＿＿； ②在每一周期内，带电粒子加速＿＿次，电场方向变化＿＿次； ③粒子加速的最大速度由盒的＿＿＿＿决定； ④电场加速过程中，时间极短，可＿＿＿＿。 练习 1．有电子、质子、氘核、氚核，以相同速度垂直射入同一匀强磁场中，它们都作匀速圆周运动，则轨道半径最大的粒子是（　　） A．氘核 B．氚核 C．电子 D．质子 2．质子和a粒子由静止出发经过同一加速电场加速后，沿垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，则它们在磁场中的各运动量间的关系正确的是（  ） A．速度之比为2:1 B．周期之比为1:2 C．半径之比为1:2 D．角速度之比为1:1 3．一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。下列说法中，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 4．(多选)如图所示为质谱仪的原理图，一束粒子以速度v沿直线穿过相互垂直的匀强电场(电场强度为E)和匀强磁场(磁感应强度为B1)的重叠区域，然后通过狭缝S0垂直进入另一匀强磁场(磁感应强度为B2)，最后打在照相底片上的三个不同位置，粒子的重力可忽略不计，则下列说法中，不正确的是( ) A． 该束粒子带负电 B．P1板带负电 C． 粒子的速度v满足关系式v=E/B2 D．在磁感应强度为B2的磁场中，运动半径越大的粒子，荷质比q/m越小 学科网（北京）股份有限公司 $