带电粒子在匀强磁场中的运动学案

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1、第3节洛仑兹力的应用（第一课时—质谱仪）【学习目标】1、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度方向垂直时，做匀速圆周运动；2、会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，并会用它们解答有关问题；3、知道质谱仪和回旋加速器的工作原理。一、带电粒子在匀强磁场中的运动1、洛伦兹力的特点：洛伦兹力方向总是与速度方向，洛仑兹力不改变带电粒子速度的，或者说洛伦兹力不对带电粒子。2、带电粒子在匀强磁场中的运动特点：沿着与磁场方向垂直的方向射入的带电粒子，在匀强磁场中做。3、推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、

2、周期公式：由周期公式可知，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期跟和无关。二、质谱仪和回旋加速器1、质谱仪：（1）原理图：如右图所示。（2）质谱仪的应用：可以测定带电粒子的质量和分析。（3）加速：带电粒子由S1进入质谱仪的加速电场，电压为U，求粒子通过加速电场获得的速度（4）偏转：带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，则半径r为多少？（5）由上述两式可以得到表达式q/m=__________________。由此可知电荷量相同时，半径将随变化。三、课堂练习：1.处在匀强磁场内部的两个电子A和B分别以速率v和2

3、v垂直射入匀强磁场，经偏转后，哪个电子先回到原来的出发点？（）A．同时到达B．A先到达C．B先到达D．无法判断2.一束带电粒子以同一速度，并从同一位置进入匀强磁场，在磁场中它们的轨迹如图所示.粒子q1的轨迹半径为r1，粒子q2的轨迹半径为r2，且r2＝2r1，q1、q2分别是它们的带电量.则A.q1带负电、q2带正电，荷质比之比为：＝2：1；B.q1带负电、q2带正电，荷质比之比为：＝1：2；C.q1带正电、q2带负电，荷质比之比为：＝2：1；D.q1带正电、q2带负电，荷质比之比为：＝1：2.3、如图所示，一带电粒

4、子（重力不计）在匀强磁场中沿图中轨道运动，中央是一簿绝缘板，粒子在穿过绝缘板时有动能损失，由图可知（  ）A、粒子带正电B、粒子的动动方向是abcdeC、粒子的运动方向是edcbaD、粒子在下半周期比上半周期所用时间长4.相距为d的两块平行金属板，两板电压为U.两板间有一垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，(如图所示).有一个带电粒子(重力不计)能在极板间以恒定的速度υ自左向右平直穿过而不发生偏转，则A.此粒子必带正电B.此粒子必带负电C.粒子速度必为D.粒子速度必为5.质子和氘核经同一电压加速，垂直进入匀强磁

5、场中，则质子和氘核的动能E1、E2，轨道半径r1、r2的关系是A.E1＝E2，r1＝r2B.E1＝E2，r1＜r2C.E1＝E2，r1＞r2D.E1＜E2，r1＜r26、如图所示，质量为为m、电量为q的带电粒子，经电压为U加速，又经磁感应强度为B的匀强磁场后落到图中D点，求A、D间的距离和粒子在磁场中运动的时间。第3节洛仑兹力的应用（第二课时—回旋加速器）一、回旋加速器1．构造：回旋加速器的核心部件是两个。2.工作原理：①电场的作用：②磁场的作用：③交变电压：例1、在某回旋加速器中，磁场的磁感应强度为B，粒子源射出的

6、粒子质量为m、电荷量为q，粒子的最大回旋半径为R.问：（1）D形盒内有无电场？（2）粒子在盒内做何种运动？（3）所加交变电场的周期是多大？（4）粒子离开加速器的动能是多大？（5）设两D形盒间电场的电势差为U，盒间距离为d，其间电场均匀，则加速到上述能量所需的时间是多少？二、课堂练习1.关于回旋加速器中电场和磁场的说法中正确的是A.电场和磁场都对带电粒子起加速作用B.电场和磁场是交替地对带电粒子做功的C.只有电场能对带电粒子起加速作用D.磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做匀速圆周运动2、回旋加速器是加速带电粒子的装置，

7、其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示。要增大带电粒子射出时的动能，下列说法中正确的是（）A、增大匀强电场间的电压B、增大磁场的磁感应强度C、减小狭缝间的距离D、增大D形金属盒的半径3.一水平导线通以电流I，导线下方有一电子，初速度方向与电流平行，关于电子的运动情况，下述说法中，正确的是：(　　)A．沿路径a运动，其轨道半径越来越大B．沿路径a运动，其轨道半径越来越小C．沿路径b运动，

8、其轨道半径越来越小D．沿路径b运动，其轨道半径越来越大4.量和电量都相等的带电粒子M和N，以不同的速度率经小孔S垂直进入均强磁场，运行的半圆轨迹如图2种虚线所示，下列表述正确的是A．M带负电，N带正电B.M的速度率小于N的速率C.洛伦磁力对M、N做正功D.M的运行时间大于N的运行时间5.如图所示，场强E的方向垂直向下，磁感应强度B1的方向垂直于