高二物理 電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用2導(dǎo)學(xué)案

111課題帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課型 1洛倫茲力演示儀構(gòu)造：玻璃泡內(nèi)充有稀薄氣體，在電子束通過(guò)時(shí)能夠顯示電子的徑跡。礪磁線圈產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場(chǎng)，實(shí)驗(yàn)：根據(jù)洛倫茲力的知識(shí)預(yù)測(cè)電子束的徑跡，然后觀察實(shí)驗(yàn)。洛倫茲力總與速度垂直，不改變速度大小，洛倫茲力大小不變。猜想：勻速圓周運(yùn)動(dòng)。不加磁場(chǎng)時(shí)觀察電子束的徑跡給礪磁線圈通電，在玻璃泡中產(chǎn)生沿兩線圈中心連線方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)保持出射電子的速度不變，改變磁感應(yīng)強(qiáng)度，觀察電子束徑跡的變化保持磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，改變出射電子的速度，觀察電子束徑跡的變化實(shí)驗(yàn)結(jié)論：沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。2帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期帶電粒子的受力及運(yùn)動(dòng)分析帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的受力情況分析。帶電粒子受的洛倫茲力方向不斷變化，但始終與v垂直，洛倫茲力的大小不變。運(yùn)動(dòng)分析沒(méi)有力作用使電子離開(kāi)與磁場(chǎng)方向垂直的平面。也沒(méi)有垂直于磁場(chǎng)方向以外的速度分量使電子離開(kāi)與磁場(chǎng)方向垂直的平面。所以電子的運(yùn)動(dòng)軌跡平面與磁場(chǎng)方向垂直。洛倫茲力只改變速度的方向，不改變速度的大小，提供帶電粒子做勻速園周運(yùn)動(dòng)的向心力。結(jié)論：帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，粒子在洛倫茲力的作用下，在垂直于磁場(chǎng)方向的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。軌道半徑和周期(1)軌道半徑公式一帶電粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q，速度為v，帶電粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其半徑r和周期T為多大？核心關(guān)系：洛倫茲力給帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)提供向心力。Fm粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力是由粒子所受的洛倫茲力提供的，所以qvBm由此得出r上式告訴我們，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速園周運(yùn)動(dòng)的帶電粒子，它的軌道半徑跟粒子的運(yùn)動(dòng)速率成正比。運(yùn)動(dòng)的速度越大，軌道的半徑也越大。(2)周期公式將半徑r代入周期公式T中，得到T帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期跟軌道半徑和運(yùn)動(dòng)速率無(wú)關(guān)?！纠}1】、它們以下列情況垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，求軌道半徑之比，周期之比。具有相同速度；具有相同動(dòng)量；具有相同動(dòng)能。解答：依據(jù)qvBm，得rv、B相同，所以r，所以r1r2r3122因?yàn)閙v、B相同，所以r，r1r2r3221mv2相同，v，B相同，所以r，所以r1r2r3114、質(zhì)譜議(1)質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)質(zhì)譜儀由粒子源、加速電場(chǎng)、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)、顯示屏等組成。(2)質(zhì)譜儀的工作原理r和進(jìn)入磁場(chǎng)的速度無(wú)關(guān)，進(jìn)入同一磁場(chǎng)時(shí)，而且這些個(gè)量中，U、B、r可以直接測(cè)量，那么，我們可以用裝置來(lái)測(cè)量粒子的比荷q/m。質(zhì)子數(shù)相同而質(zhì)量數(shù)不同的原子互稱為同位素。在上圖中，如果容器A中含有電荷量相同而質(zhì)量有微小差別的粒子，根據(jù)例題中的結(jié)果可知，它們進(jìn)入磁場(chǎng)后將沿著不同的半徑做圓周運(yùn)動(dòng)，打到照相底片不同的地方，在底片上形成若干譜線狀的細(xì)條，叫質(zhì)譜線。每一條對(duì)應(yīng)于一定的質(zhì)量，從譜線的位置可以知道圓周的半徑r，如果再已知帶電粒子的電荷量q，就可算出它的質(zhì)量。這種儀器叫做質(zhì)譜議。 (3)質(zhì)譜儀的應(yīng)用質(zhì)譜儀最初是由湯姆生的學(xué)生阿斯頓設(shè)計(jì)的，他用質(zhì)譜儀首先得到了氖20和氖22的質(zhì)譜線，證實(shí)了同位素的存在。后來(lái)經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)，質(zhì)譜儀已經(jīng)成了一種十分精密的儀器，是測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具。【例題2】如圖所示，一質(zhì)量為m，電荷量為q的粒子從容器A下方小孔S1飄入電勢(shì)差為U的加速電場(chǎng)。然后讓粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，最后打到照相底片D上，如圖所示。求 粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速率；粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑。解答：粒子在S1區(qū)做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。在S2區(qū)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在S3區(qū)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。由動(dòng)能定理可知mv2qU由此可解出v粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r鞏固練習(xí) 111