高中物理 磁场对运动电荷的作用力-洛仑磁力学案 教科版选修.doc

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1、磁场对运动电荷的作用力-洛仑磁力[目标定位]1.进一步理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，会分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动.2.了解质谱仪的构造及工作原理.3.了解回旋加速器的构造及工作原理．一、利用磁场控制带电粒子运动图11．利用圆形磁场控制带电粒子运动(1)偏转角度：如图1所示，tan＝，R＝，则tan＝.(2)控制特点：只改变带电粒子的运动方向，不改变带电粒子的速度大小．2．分析带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的几个关键点(1)圆心的确定方法：两线定一

2、点①圆心一定在垂直于速度的直线上．如图2甲所示，已知入射点P(或出射点M)的速度方向，可通过入射点和出射点作速度的垂线，两条直线的交点就是圆心．图2②圆心一定在弦的中垂线上．如图乙所示，作P、M连线的中垂线，与其中一个速度的垂线的交点为圆心．(2)半径的确定半径的计算一般利用几何知识解直角三角形．做题时一定要做好辅助线，由圆的半径和其他几何边构成直角三角形．(3)粒子在磁场中运动时间的确定①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t＝T(或t＝T)．②当v一定时，粒子

3、在磁场中运动的时间t＝，l为带电粒子通过的弧长．二、质谱仪[问题设计]结合图3，思考并回答下列问题．图3(1)带电粒子在P1与P2两平行金属板间做什么运动？若已知P1、P2间电场强度为E，磁感应强度为B1，则从S3穿出的粒子的速度是多大？(2)设下方磁场的磁感应强度为B2，粒子打在底片上到S3距离为L，则粒子的荷质比是多大？答案　(1)S2、S3在同一直线上，所以在P1、P2间做直线运动，因为只有电场力与洛伦兹力平衡即qE＝qvB1时才可做直线运动，故应做匀速直线运动，即从狭缝S3穿出的粒子速度均为v＝.(

4、2)粒子做圆周运动的半径R＝根据R＝及v＝可得：＝.[要点提炼]1．质谱仪的原理(如图3)(1)带电粒子进入加速电场(狭缝S1与S2之间)，满足动能定理：qU＝mv2.(2)带电粒子进入速度选择器(P1和P2两平行金属板之间)，满足qE＝qvB1，v＝，匀速直线通过．(3)带电粒子进入偏转磁场(磁感应强度为B2的匀强磁场区域)，偏转半径R＝.(4)带电粒子打到照相底片，可得荷质比＝.2．(1)速度选择器适用于正、负电荷．(2)速度选择器中的E、B1的方向具有确定的关系，仅改变其中一个方向，就不能对速度做出选

5、择．三、回旋加速器[问题设计]1．回旋加速器的核心部分是什么？回旋加速器中磁场和电场分别起什么作用？答案　D形盒　磁场的作用是使带电粒子回旋，电场的作用是使带电粒子加速．2．对交变电压的周期有什么要求？带电粒子获得的最大动能由什么决定？答案　交变电压的周期应等于带电粒子在磁场中运动的周期．由R＝及Ek＝mv2得最大动能Ek＝，由此知最大动能由D形盒的半径和磁感应强度决定．[要点提炼]1．回旋加速器采用多次加速的办法：用磁场控制轨道、用电场进行加速．2．回旋加速器中交流电源的周期等于带电粒子在磁场中运动的周期

6、，这样就可以保证粒子每次经过电场时都正好赶上适合电场而被加速．3．带电粒子获得的最大动能Ekm＝，最大动能由D形盒的半径R和磁感应强度B共同决定．[延伸思考]为什么带电粒子加速后的最大动能与加速电压无关呢？答案　加速电压高时，粒子在加速器中旋转的圈数较少，而加速电压低时，粒子在加速器中旋转的圈数较多，最终粒子离开加速器时的速度由D形盒的半径和磁感应强度共同决定，与加速电压无关．一、利用磁场控制带电粒子运动例1　如图4所示，虚线圆所围区域内有方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B.一束电子沿圆形区域的直径

7、方向以速度v射入磁场，电子束经过磁场区域后，其运动方向与原入射方向成θ角．设电子质量为m，电荷量为e，不计电子之间相互作用力及所受的重力．求：图4(1)电子在磁场中运动轨迹的半径R；(2)电子在磁场中运动的时间t；(3)圆形磁场区域的半径r.解析　本题是考查带电粒子在圆形区域中的运动问题．一般先根据入射、出射速度确定圆心，再根据几何知识求解．首先利用对准圆心方向入射必定沿背离圆心出射的规律，找出圆心位置，再利用几何知识及带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的相关知识求解．(1)由牛顿第二定律得Bqv＝，q＝e

8、，得R＝.(2)如图所示，设电子做圆周运动的周期为T，则T＝＝＝.由几何关系得圆心角α＝θ，所以t＝T＝.(3)由几何关系可知：tan＝，所以有r＝tan.答案　(1)　(2)　(3)tan针对训练　如图5所示，一束电荷量为e的电子以垂直于磁场方向(磁感应强度为B)并垂直于磁场边界的速度v射入宽度为d的磁场中，穿出磁场时速度方向和原来射入方向的夹角为θ＝30°.求电子的质量和穿越磁场的时间．图5答案　　解析　过M