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3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动 学案1(人教版选修3-1)

3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动 学案1(人教版选修3-1)
3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动 学案1(人教版选修3-1)

3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动 学案1(人教版选修3-1)

一、带电粒子在匀强磁场中的运动

1.洛伦兹力不改变带电粒子速度的________,或者说,洛伦兹力对带电粒子不________.

2.沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子,在匀强磁场中做______.洛伦兹力方向总与速度方向垂直,正好

起到了________的作用.公式:________=m v 2

r

.

(1)半径:r =______________. (2)周期:T =______________. 二、质谱仪和回旋加速器

1.质谱仪

(1)原理图:如图1所示

图1

(2)加速:带电粒子进入质谱仪的加速电场,由动能定理得:________=1

2

mv 2①

(3)偏转:带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力: ____=mv 2

r

(4)由①②两式可以求出粒子的半径r 、____、____等.其中由r =1B 2mU

q

可知电荷量相同时,半径将随___变化.

(5)质谱仪的应用:可以测定带电粒子的质量和分析__________.

2.回旋加速器

(1)构造图:如图2所示回旋加速器的核心部件是两个________.

图2

(2)周期:粒子每经过一次加速,其轨道半径就大一些,粒子绕圆周运动的周期_______. (3)最大动能:

由qvB =mv 2r 和E k =12mv 2得E k =________,当r =R 时,有最大动能E km =q 2B 2R 2

2m (R 为D 形盒的半径),即粒子在

回旋加速器中获得的最大动能与q 、m 、B 、R 有关,与加速电压无关.

一、带电粒子在匀强磁场中的运动

[问题情境]

太阳发射出的带电粒子以300~1 000 km/s的速度扫过太阳系,形成了“太阳风”.这种巨大的辐射经过地球时,地球的磁场使这些带电粒子发生偏转(如图3所示),避免了地球上的生命受到带电粒子的辐射.当“太阳风”的带电粒子被地磁场拉向两极时,带电粒子的轨迹为什么呈螺旋形?

1.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的原因是什么?

2.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期分别与哪些因素有关?

3.质谱仪的工作原理是什么?图3

[要点提炼]

1.洛伦兹力对运动的带电粒子不做功.

2.沿着与磁场________的方向射入磁场的带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动.

3.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径r=__________,周期T=__________.

二、回旋加速器

[问题情境]

1.回旋加速器主要由哪几部分组成?

2.回旋加速器的原理是怎样的?

3.带电粒子经回旋加速器获得的速度与哪些物理量有关?

[问题延伸]

1.粒子在D形盒中运动的轨道半径,每次都不相同,但周期均________.

2.两D形盒间所加交流电压的周期与带电粒子做匀速圆周运动的周期是________的.

例1图4所示为带电粒子(不计重力)在匀强磁场中的运动轨迹.中央是一块金属薄板,粒子穿过金属板时有动能损失.则()

图4

A.粒子带负电

B.粒子的运动路径是abcde

C.粒子的运动路径是edcba

D.粒子在下半周的运动时间比上半周运动的时间长

变式训练1有三个粒子a、b、c(不计重力)以相同的速度垂直射入匀强磁场中,运动轨迹如图5所示,其中b粒子做直线运动,则a粒子带________________电,b粒子____电,c粒子带____________电.

图5

例2 两个带异种电荷的粒子以同一速度从同一位置垂直磁场边界进入匀强磁场,如图6所示,在磁场中它们的轨迹均 为半个圆周,粒子A 的轨迹半径为r 1,粒子B 的轨迹半径为r 2,且r 2=2r 1,q 1、q 2分别是它们的电荷量.则A

粒子带____电、B 粒子带____电;它们的比荷之比为q 1m 1∶q 2

m 2

= ;它们的运动时间之比为t 1∶t 2= .

图6

点拨:本题考查了带电粒子在磁场中的运动,比荷相同的带电粒子在同一匀强磁场中的运动周期相同.求运动时

间的一般方法是求出周期,再看运动轨迹所占整个圆周的比例,或由圆心角α得t =α

360°

T.应用了比较与分类的方

法.

变式训练2 质子(p )和α粒子以相同的速率在同一匀强磁场中做匀速圆周运动,轨道半径分别为R p 和R α,周期分别为 T p 和T α,则下列选项正确的是( )

A .R p ∶R α=1∶2,T p ∶T α=1∶2

B .R p ∶R α=1∶1,T p ∶T α=1∶1

C .R p ∶R α=1∶1,T p ∶T α=1∶2

D .R p ∶R α=1∶2,T p ∶T α=1∶1

例3 如图7所示,两块长度均为5d 的金属板,相距d 平行放置.下板接地,两板间有垂直纸面向里的匀强磁场.一 束宽为d 的电子束从两板左侧垂直磁场方向射入两板间.设电子的质量为m ,电荷量为e ,入射速度为v 0.要使电 子不会从两板间射出,求匀强磁场的磁感应强度B 满足的条件.

图7

变式训练3 如图8所示,在y <0的区域存在匀强磁场,磁场方向垂直xOy 平面并指向纸外,磁感应强度为B.一带正

电的粒子以速度v 0从O 点射入磁场,入射方向在xOy 平面内,与x 轴正方向的夹角为θ.若粒子射出磁场的位置与

O 点的距离为l ,求该粒子的比荷q

m

.

图8

【即学即练】

1.电子在匀强磁场中做匀速圆周运动,下列说法正确的是()

A.速率越大,周期越大

B.速率越小,周期越大

C.速度方向与磁场方向平行

D.速度方向与磁场方向垂直

2.带电粒子进入云室会使云室中的气体电离,从而显示其运动轨迹.图9所示是在有匀强磁场的云室中观察到的粒子的轨迹,a和b是轨迹上的两点,匀强磁场B垂直纸面向里.该粒子在运动时,其质量和电荷量不变,而动能逐渐减少.下列说法正确的是()

图9

A.粒子先经过a点,再经过b点

B.粒子先经过b点,再经过a点

C.粒子带负电

D.粒子带正电

3.在回旋加速器中,带电粒子在D形盒内经过半个圆周所需的时间t与下列物理量无关的是() A.带电粒子的质量和电荷量

B.带电粒子的速度

C.加速器的磁感应强度

D.带电粒子运动的轨道半径

4.质子和α粒子分别经电压为2 000 V和4 000 V的电场加速后,进入同一匀强磁场中做匀速圆周运动,则它们的周期比是()

A.1∶2 B.1∶1 C.2∶1 D.1∶4

参考答案

课前自主学习

一、1.大小 做功 2.匀速圆周运动 向心力 qvB (1)mv qB (2)2πm

qB

二、1.(2)qU (3)qvB (4)质量m 比荷q m 质量 (5)同位素 2.(1)D 形盒 (2)不变 (3)q 2B 2r 2

2m

核心知识探究 一、

[问题情境]

1.见课本P 99

2.由r =mv qB 和T =2πm

qB

知带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径与其质量、电荷量及进入磁场的速度有关;

周期与其质量和电荷量有关.

3.带电粒子先经加速电场加速,后经速度选择器,然后进入匀强磁场做匀速圆周运动,最后打到照相底片上

[要点提炼] 2.垂直 3.mv qB 2πm

qB

二、

[问题情境]

1.核心部件是两个D 形金属盒 2.见课本P 101

3.决定粒子射出D 形盒时最大速率v max 的因素:当粒子从D 形盒边缘被引出时,最后半圆应满足qv max B =mv 2max

R

即v max =qBR

m (R 为D 形盒的半径).

由上式可以看出,要增大粒子射出的速率v max ,就要增大磁场的磁感应强度B 以及D 形盒的半径R ,而与加速电压U 的大小无关(U ≠0). [问题延伸] 1.相同 2.相同 解题方法探究

例1 AC [粒子穿过金属板时动能有损失,速度变小.由r =mv

qB

知,粒子在穿过金属板以后运动半径变小,由此

可判定粒子的运动路径是edcba.由粒子的运动路径,且洛伦兹力方向沿半径指向圆心,运用左手定则可判知粒子带负电.粒子在同一磁场中上、下两个半周运动速度大小虽然不同,但周期相同,在上、下两个半周运动时间各为半个周期,时间相等.] 变式训练1 负 不带 正 例2 正 负 2∶1 1∶2

解析 由图可知粒子A 、B 进入磁场时所受洛伦兹力方向分别向左和向右,由左手定则可知它们分别带正电和负

电;由半径公式r =mv Bq 知,因v 和B 相等,半径之比r 1∶r 2=m 1q 1∶m 2q 2=1∶2,所以比荷之比为q 1m 1∶q 2

m 2

=2∶1;由

周期公式T =2πm

Bq

,可知T 1∶T 2=1∶2,两粒子均运动半个周期,所以t 1∶t 2=1∶2.

变式训练2 A [质子(1

1H )和α粒子(42He )所带电荷量之比q p ∶q α=1∶2,质量之比m p ∶m α=1∶4.由带电粒子在匀

强磁场中做匀速圆周运动的规律有:R =mv qB ,T =2πm

qB

,粒子速率相同,代入q 、m 可得R p ∶R α=1∶2,T p ∶T α=1∶2,

故选项A 正确.]

例3 mv 013ed <B <2mv 0

ed

解析 粒子不从两侧飞出,即不从同一侧飞出,也不从另一侧飞出,这是两个边界条件或说是两个临界条件.如

图所示,不从左侧飞出,则电子做圆周运动的最小半径R 2=d

2

;不从另一侧飞出,设电子做圆周运动的最大半径

为R 1.欲使电子不飞出极板,电子运动的

半径R 应满足的关系式为R 2<R <R 1.

由几何知识可得R 21=(R 1-d)2+(5d)2

,解得 R 1=13d.

又因带电粒子在磁场中做匀速圆周运动时,半径r =mv qB ,则有R =mv 0

eB .

将以上R 2、R 1代入R 2<R <R 1,可得B 满足的条件是mv 013ed <B <2mv 0

ed

.

变式训练3 2v 0sin θ

lB

解析 如图所示,带正电粒子射入磁场后,由于受到洛伦兹力的作用,粒子将沿图示的轨迹运动后,从A 点射出磁场,O 、A 间距离为l.粒子射出时速度的大小仍为v 0,射出方向与x 轴的夹角仍为θ.根据洛伦兹力公式和牛顿定

律有:qv 0B =m v 20

r [来源:https://www.wendangku.net/doc/8b5798010.html,]

解得:r =mv 0

qB

根据几何关系有:l

2=r sin θ

联立解得:q m =2v 0sin θ

lB

.

即学即练

1.D [由T =2πm

qB 可知,选项A 、B 错误,做匀速圆周运动时,速度方向与磁场方向垂直,选项D 正确.]

2.AC [由r =mv

qB

可知,粒子的动能越小,做圆周运动的半径越小,结合粒子运动轨迹可知,粒子先经过a 点,

再经过b 点,选项A 正确.根据左手定则可以判断粒子带负电,选项C 正确.]

3.BD [t =T 2=2πm 2qB =πm

qB

.]

4.A [带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的周期T =2πm qB ,在同一磁场中只与粒子的比荷有关:T p T α=2πm p

q p B 2πm αq αB

=1

2

.]

带电粒子在圆形磁场中运动的规律.

带电粒子在磁场中的运动 例 1. 如图所示,在宽度为 d 磁感应强度为 B 、水平向外的匀强磁场矩形区域内,一带电粒子以初速度 v 入射, 粒子飞出时偏离原方向60°,利用以上数据可求出下列物理量中的哪几个 A. 带电粒子的比荷 B. 带电粒子在磁场中运动的周期 C. 带电粒子的质量 D. 带电粒子在磁场中运动的半径变式 . 若带电粒子以初速度 v 从 A 点沿直径入射至磁感应强度为 B , 半径为 R 的圆形磁场, 粒子飞出时偏离原方向 60°,利用以上数据可求出下列物理量中的哪几个 应用 1、如图所示,长方形 abcd 长 ad = 0.6m ,宽 ab = 0.3m , O 、 e 分别是 ad 、bc 的中点,以 ad 为直径的半圆内有垂直纸面向里的匀强磁场(边界上无磁场 ,磁感应强度 B =0.25T 。一群不计重力、质

量 m =3 ×10-7 kg 、电荷量 q =+2×10- 3C 的带电粒子以速度 v =5×l02m/s 沿垂直 ad 方向且垂直于磁场射入磁场区域( A . 从 Od 边射入的粒子, 出射点全部分布在 Oa 边 B . 从 aO 边射入的粒子, 出射点全部分布在 ab 边 C .从 Od 边射入的粒子,出射点分布在 Oa 边和 ab 边 D .从 aO 边射入的粒子,出射点分布在 ab 边和 bc 边 应用 2. 在以坐标原点 O 为圆心、半径为 r 的圆形区域内,存在磁感应强度大小为 B 、方向垂直于纸面向里的匀强磁场,如图 10所示。一个不计重力的带电粒子从磁场边界与 x 轴的交点 A 处以速度 v 沿 -x 方向射入磁场,恰好从磁场边界与 y 轴的交点 C 处沿 +y方向飞出。 (1请判断该粒子带何种电荷,并求出其比荷 q/m; (2若磁场的方向和所在空间范围不变,而磁感应强度的大小变为B ′,该粒子仍从A 处以相同的速度射入磁场,但飞出磁场时的速度方向相对于入射方向改变了 60°角,求磁感应强度B ′多大?此次粒子在磁场中运动所用时间 t 是多少? 例 2. 如图所示, 一束电子流以不同速率, 由边界为圆形的匀强磁场的边界上一点 A , 沿直径方向射入磁场,已知磁感应强度方向垂直圆平面,则电子在磁场中运动时:( A 轨迹长的运动时间长 B 速率大的运动时间长 C 偏转角大的运动时间长 D 速率为某一值时不能穿出该磁场

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第1节 气体的等温变化 1.一定质量的气体,在温度不变的条件下,其压强与体积变化时的关系,叫做气体的等温变化. 2.玻意耳定律:一定质量的某种气体,在温度不变的情况下,压强p 与体积V 成反比,即pV =C . 3.等温线:在p -V 图像中,用来表示温度不变时,压强和体积关系的图像,它们是一些双曲线. 在p -1V 图像中,等温线是倾斜直线.

一、探究气体等温变化的规律 1.状态参量 研究气体性质时,常用气体的温度、体积、压强来描述气体的状态. 2.实验探究

二、玻意耳定律 1.内容 一定质量的某种气体,在温度不变的情况下,压强与体积成反比. 2.公式 pV=C或p1V1=p2V2. 3.条件 气体的质量一定,温度不变. 4.气体等温变化的p -V图像 气体的压强p随体积V的变化关系如图8-1-1所示,图线的形状为双曲线,它描述的是温度不变时的p -V关系,称为等温线. 一定质量的气体,不同温度下的等温线是不同的. 图8-1-1 1.自主思考——判一判

(1)一定质量的气体压强跟体积成反比. (×) (2)一定质量的气体压强跟体积成正比. (×) (3)一定质量的气体在温度不变时,压强跟体积成反比. (√) (4)在探究气体压强、体积、温度三个状态参量之间关系时采用控制变量法. (√) (5)玻意耳定律适用于质量不变、温度变化的气体. (×) (6)在公式pV =C 中,C 是一个与气体无关的参量. (×) 2.合作探究——议一议 (1)用注射器对封闭气体进行等温变化的实验时,在改变封闭气体的体积时为什么要缓慢进行? 提示:该实验的条件是气体的质量一定,温度不变,体积变化时封闭气体自身的温度会发生变化,为保证温度不变,应给封闭气体以足够的时间进行热交换,以保证气体的温度不变. (2)玻意耳定律成立的条件是气体的温度不太低、压强不太大,那么为什么在压强很大、温度很低的情况下玻意耳定律就不成立了呢? 提示:①在气体的温度不太低、压强不太大时,气体分子之间的距离很大,气体分子之间除碰撞外可以认为无作用力,并且气体分子本身的大小也可以忽略不计,这样由玻意耳定律计算得到的结果与实际的实验结果基本吻合,玻意耳定律成立. ②当压强很大、温度很低时,气体分子之间的距离很小,此时气体分子之间的分子力引起的效果就比较明显,同时气体分子本身占据的体积也不能忽略,并且压强越大,温度越低,由玻意耳定律计算得到的结果与实际的实验结果之间差别越大,因此在温度很低、压强很大的情况下玻意耳定律也就不成立了. (3)如图8-1-2所示,p -1 V 图像是一条过原点的直线,更能直观描述压强与体积的关系, 为什么直线在原点附近要画成虚线?

带电体在磁场中的运动

带电在匀强磁场中的运动 (大庆实验中学2015-2016学年高二上学期期中)7.如图所示,一个带正电q 的小带电体处于一匀强磁场中,磁场垂直纸面向里,磁感应强度为B .带电体质量为m ,为了使它对水平绝缘面正好无压力,应( ) A .使 B 数值增大 B .使磁场以速率v=向上移动 C .使磁场以速率v=向右移动 D .使磁场以速率v= 向左移动 【考点】共点力平衡的条件及其应用;洛仑兹力. 【分析】小球能飘离平面的条件:竖直向上的洛伦兹力与重力平衡,由左手定则可知,当洛伦兹力竖直向上时,电荷向右运动,根据相对运动小球不动时,磁场相对小球向左运动. 【解答】解:小球能飘离平面的条件,竖直向上的洛伦兹力与重力平衡即:qvB=mg ,得: ,根据相对运动当小球不动 时,磁场相对小球向左运动.故选项D 正确,ABC 错误. 故选:D 【点评】考查了运动电荷在磁场中的运动,用左手定则判断洛伦兹力的方向,注意小球飘离地面的条件. (哈尔滨师大附属中2014-2015学年高二上学期期末)12.【多选】如图所示,两根长直导线竖直插入光滑绝缘水平桌面上的M 、N 两小孔中,O 为M 、N 连线中点,连线上a 、b 两点关于O 点对称。两导线通有大小相等、方向相反的电流。已知长直导线周围产生的磁场的磁感应强度B =k I r ,式中k 是常数,I 是导线中的电流、r 为点到导线的距离。一带负电的小球以初速度v 0从a 点出发沿连线运动到b 点。关于上述过程,下列说法正确的是 BC A .小球先做加速运动后做减速运动 B .小球一直做匀速直线运动 C .小球对桌面的压力先减小后增大 D .小球对桌面的压力先增大后减小 (大庆实验中学2015-2016学年高二上学期期末) 【多选】12. 如图所示,在垂直纸面向里的水平匀强磁场中,水平放置一根粗糙绝缘细直杆,有一个重力不能忽略、中间带有小孔的带正电小球套在细杆上。现在给小球一个水平向右的初速度v0,假设细杆足够长,小球在运动过程中电荷量保持不变,杆上各处的动摩擦因数相同,则小球运动的速度v 与时间t 的关系图像可能是 BD (牡丹江一中2013-2014学年高二上学期期末)8.如图所示,空间存在垂直于纸面向里的磁感应强度为B 的匀强磁场,场内有一绝缘的足够长的直杆,它与水平面的倾角为θ,一带电量为-q 、质量为m 的带负电的小球套在直杆上,从A 点由静止沿杆下滑,小球与杆之间的动摩擦因数为μ,在小球以后运动的过程中,下列说法正确的是( B ) A .小球下滑的最大速度为v =mgsin θ μBq B .小球下滑的最大加速度为am =gsin θ C .小球的加速度一直在减小 D .小球的速度先增大后减小 (黑龙江某重点中学2014-2015届高二上学期期末) 【多选】 7. 如图所示,一带正电的滑环套在水平放置且足够长的粗糙绝缘杆上,整个装置处于方向如图所示的匀强磁场中.现给环施以一个水平向右的速度,使其运动,则滑环在杆上的运动情况可能是( ABD ) A.先做减速运动,后做匀速运动 B.一直做减速运动,直到静止 C.先做加速运动,后做匀速运动 D.一直做匀速运动 (大庆实验中学2012-2013学年高二11月月考) (安达市高级中学2013-2014学年高二下学期开学检测) 【多选】4. 如图所示,一个质量为m 、电荷量为+q 的圆环,可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动,细杆处于磁感应强度为B 的匀强磁场中,不计空气阻力,现给圆环向右的初速度v 0,在以后的运动过程中,圆环运动的速度图象可能是下图中的( AD )

带电粒子在圆形磁场中运动的规律

带电粒子在磁场中的运动 例1.如图所示,在宽度为d 磁感应强度为B 、水平向外的匀强磁场矩形区域内,一带电粒子以初速度v 入射,粒子飞出时偏离原方向60°,利用以上数据可求出下列物理量中的哪几个 A.带电粒子的比荷 B.带电粒子在磁场中运动的周期 C.带电粒子的质量 D.带电粒子在磁场中运动的半径 变式.若带电粒子以初速度v 从A 点沿直径入射至磁感应强度为B ,半径为R 的圆形磁场,粒子飞出时偏离原方向60°,利用以上数据可求出下列物理量中的哪几个 应用1、如图所示,长方形 abcd 长 ad = 0.6m ,宽 ab = 0.3m , O 、e 分别是 ad 、bc 的中点,以 ad 为直径的半圆内有垂直纸面向里的匀强磁场(边界上无磁场),磁感应强度 B =0.25T 。一群不计重力、质 量 m =3 ×10-7 kg 、电荷量 q =+2×10- 3C 的带电粒子以速度v =5×l02m/s 沿垂直 ad 方向且垂直于磁场射入磁场区域 ( ) A .从 Od 边射入的粒子,出射点全部分布在 Oa 边 B .从 aO 边射入的粒子,出射点全部分布在 ab 边 C .从Od 边射入的粒子,出射点分布在Oa 边和 ab 边 D .从aO 边射入的粒子,出射点分布在ab 边和bc 边 应用2.在以坐标原点O 为圆心、半径为r 的圆形区域内,存在磁感应强度大小为B 、方向垂直于纸面向里的匀强磁场,如图10所示。一个不计重力的带电粒子从磁场边界与x 轴的交点A 处以速度v 沿-x 方向射入磁场,恰好从磁场边界与y 轴的交点C 处沿+y 方向飞出。 (1)请判断该粒子带何种电荷,并求出其比荷q/m ; (2)若磁场的方向和所在空间范围不变,而磁感应强度的大小变为B ′,该粒子仍从A 处以相同的速度射入磁场,但飞出磁场时的速度方向相对于入射方向改变了60°角,求磁感应强度B ′多大?此次粒子在磁场中运动所用时间t 是多少? 例2.如图所示,一束电子流以不同速率,由边界为圆形的匀强磁场的边界上一点A ,沿直径方向射入磁场,已知磁感应强度方向垂直圆平面,则电子在磁场中运动时:( ) A 轨迹长的运动时间长 B 速率大的运动时间长 C 偏转角大的运动时间长 D 速率为某一值时不能穿出该磁场 变式.如右图所示,直角三角形ABC 中存在一匀强磁场,比荷相同的两个粒子沿AB 方向射入磁场,分别从AC 边上的P 、Q 两点射出,则 A.从P 射出的粒子速度大 B.从Q 射出的粒子速度大 C.从P 射出的粒子,在磁场中运动的时间长 D.两粒子在磁场中运动的时间一样长 例3.如右图所示,在半径为R 的圆形区域内充满磁感应强度为B 的匀强磁场,MN 是一竖直放置的感光板.从圆形磁场最高点P 垂直磁场射入大量的带正电、电荷量为q 、质量为m 、速度为v 的粒子,不考虑粒子间的相互作用力,关于这些粒子的运动以下说法正确的是 A.只要对着圆心入射,出射后均可垂直打在MN 上 B.对着圆心入射的粒子,其出射方向的反向延长线不一定过圆心 C.对着圆心入射的粒子,速度越大在磁场中通过的弧长越长,时间也越长 D.只要速度满足m qBR v / ,沿不同方向入射的粒子出射后均可垂直打在MN 上(出射速度有什么关系?)若相同速率平行经过p 点的直径进入磁场,出射点又有什么规律?

人教版物理选修3-5全册导学案(共62页)

人教版物理选修3-5导学案

【课题】§16.1 实验:探究碰撞中的不变量导学案 【学习目标】备课人:赵炳东 (1)明确探究碰撞中的不变量的基本思路; (2)掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测量方法; (3)掌握实验数据处理的方法。 【自主探究】 1.光滑桌面上有1、2两个小球。1球的质量为0.3Kg,以8m/s的速度跟质量为0.1kg的静止的2球碰撞,碰撞后2球的速度变为9m/s,1球的速度变为5m/s,方向与原来相同。根据这些数据,以上两项猜想是否成立: (1)通过计算说明,碰撞后是否是1球把速度传给了2球? (2)通过计算说明,碰撞后是否是1球把动能传给了2球? (3)请根据实验数据猜想在这次碰撞中什么物理量不变,通过计算加以验证。 6.水平光滑桌面上有A、B两个小车,质量分别是0.6k g

和0.2kg.A车的车尾拉着纸带,A车以某一速度与静止的B车发生一维碰撞,碰后两车连在一起共同向前运动.碰撞前后打点计时器打下的纸带如图所示.根据这些数据,请猜想:把两小车加在一起计算,有一个什么物理量在碰撞前后是相等的? 【典型例题】 A、B两滑块在同一光滑的水平直导轨上相向运动发生碰撞(碰撞时间极短)。用闪光照相,闪光4次摄得的闪光照片如下图所示。已知闪光的时间间隔为Δt,而闪光本身持续时间极短,在这4次闪光的瞬间,A、B两滑块均在0-80cm刻度范围内,且第一次闪光时,滑块A恰好通过x=55cm处,滑块B恰好通过x=70cm处,问: (1)碰撞发生在何处? (2)碰撞发生在第一次闪光后多长时间? (3)设两滑块的质量之比为m A:m B=2:3,试分析 碰撞前后两滑块的质量与速度乘积之和是否相等? 【问题思考】 在探究碰撞中的不变量时,你认为在计算时怎样对待速度的方向? 【针对训练】 1.在“探究碰撞中的不变量”的实验中,为了顺利地完成实验,入射球质量为m1,被碰球质量为m2,二者关系应是( ) A.m1>m2B.m1=m2C.m1

带电粒子在均匀电磁场中的运动

目 录 一、引言 ........................................................................................ 1 二、认识等离子体 ........................................................................ 1 三、单粒子轨道运动 .................................................................... 5 3.1带电粒子在均匀电场中的运动学特性 .. (5) 3.1.10v 与E 垂直或平行时带电粒子的运动轨迹 (5) 3.1.20v 与E 成任一夹角时带电粒子的运动轨迹 (5) 3.2带电粒子在均匀磁场中的运动学特性 .......................... 6 3.2.1洛伦兹力 .. (6) 3.2.2粒子的初速度0v 垂直于B ...................................... 7 3.2.3粒子的初速度0v 与B 成任一夹角时 (8) 3.3带电粒子在均匀电磁场中的运动学特性 (10) 3.3.10v 、E 和B 两两相互垂直 (10) 3.3.20v 与E 成任一夹角,B 垂直它们构成的平面 (12) 四、小结 ...................................................................................... 16 参考文献 .. (16)

带电粒子在有界磁场中运动(超经典)

带电粒子在有界磁场中运动的临界问题 “临界问题”大量存在于高中物理的许多章节中, 如“圆周运动中小球能过最高点的速度条 件” “动量中的避免碰撞问题”等等, 这类题目中往往含有“最大”、 “最高”、“至少”、 “恰好”等词语,其最终的求解一般涉及极值,但关键是找准临界状态。带电粒子在有界磁 场中运动的临界问题,在解答上除了有求解临界问题的共性外,又有它自身的一些特点。 、解题方法 画图T 动态分析T 找临界轨迹。 (这类题目关键是作图,图画准了,问题就解决了一大 半,余下的就只有计算了——这一般都不难。 ) 、常见题型 (B 为磁场的磁感应强度,V 。为粒子进入磁场的初速度) r ①旳方向一定,大小不确定一第一类 I 』确宦 < ②V 。犬小 一亦方向不确定——第二类 ■③旳大小、方向都不确定一第三类 分述如下: 第一类问题: 例1如图1所示,匀强磁场的磁感应强度为 B,宽度为d ,边界为CD 和EF 。一电子从 CD 边界 外侧以速率 V 。垂直匀强磁场射入,入射方向与CD 边界夹角为0。已知电子的质量为 m 电荷量为e ,为使电子能从磁场的另一侧 EF 射出,求电子的速率 v o 至少多大? 2.行不确宦 -①巾确定 ——第四类 {——五类

例2如图3所示,水平线 MN 下方存在垂直纸面向里的磁感应强度为 B 的匀强磁场,在 MN 线上某点O 正下方与之相距 L 的质子源S,可在纸面内360°范围内发射质量为 m 电量 为e 、速度为 V o =BeL / m 的质子,不计质子重力,打在 MN 上的质子在 O 点右侧最远距离 OP ,打在O 点左侧最 远距离 OO 。 分析:首先求出半径得r =L ,然后作出临界轨迹如图 4所示(所有从 S 发射出去的质子 做圆周运动的轨道圆心是在以 S 为圆心、以r =L 为半径的圆上,这类问题可以先作出这一圆 ——就是圆心的集合,然后以圆上各点为圆心,作出一系列动态圆) ,O 諒L , OQL 。 【练习】如图5所示,在屏MN 勺上方有磁感应强度为 B 的匀强磁场,磁场方向垂直纸面 向里。P 为屏上的一小孔,PC 与MN 垂直。一群质量为 m 带电荷量为一q 的粒子(不计重力), 分析:如图2,通过作图可以看到:随着 界EF 相切,然后就不难解答了。 第二类问题: V o 的增大,圆半径增大,临界状态就是圆与边

高中物理选修3-4全册导学案

选修3-4全册教学学案 选修3-4_11.1简谐振动 【学习目标】 1.认识弹簧振子并能判断出振动的平衡位置。 2.理解简谐运动的位移-时间图像是一条正(余)弦曲线,知道简谐运动图 像的意义。 3.能够根据简谐运动图像弄清楚各时刻质点的位移、速度和加速度的方向 和大小规律。 【自主学习】 1.弹簧振子 (1).组成:由______和________组成的系统叫弹簧振子,它是一个理想化 的模型(为什么?)。 (2).平衡位置:振子__________时的位置。 (3).机械振动:振子在______位置附近的________运动,简称________。 2.简谐运动及其图像 (1).简谐运动:质点的位移与时间的关系遵从___________规律,即它的振 动图像(x-t 图像)是一条________曲线。简谐运动是最简单、最基本的振动, 弹簧振子的运动就是__________。 (2).简谐运动的图像 ①坐标系的建立:在简谐运动的图像中,以横坐标表示______,以纵坐标表 示振子离开平衡位置的_________。 ②物理意义:表示振动物体的_______随_______的变化规律。 重点知识或易混知识 问题1.根据对平衡位置的理解,判断正误并举例说明 ① 在弹簧振子中弹簧处于原长时的状态为平衡状态。 ② 在弹簧振子中物块速度为零时的状态为平衡状态。 ③在弹簧振子中合外力为零时的状态为平衡状态。 问题2.振动图像的理解,结合判断正误 ① 如右图所示正弦曲线为质点的运动轨迹。 ② 如右图,3s 内的位移为x 1大小为cm cm 10910322=+。 ③ 如右图,3s 内的位移为x 2 大小为10cm 。 ④ 如右图,1.5s 时的速度方向为曲线上该点的切线方向。 ⑤ 0.5s 和1.5s 时的位移相同,速度也相同。 ⑥ 0.5s 和3.5s 时的位移相反,速度相反。 X X 1

带电粒子在有界磁场中运动(超经典)..

带电粒子在有界磁场中运动的临界问题 “临界问题”大量存在于高中物理的许多章节中,如“圆周运动中小球能过最高点的速度条件”“动量中的避免碰撞问题”等等,这类题目中往往含有“最大”、“最高”、“至少”、“恰好”等词语,其最终的求解一般涉及极值,但关键是找准临界状态。带电粒子在有界磁场中运动的临界问题,在解答上除了有求解临界问题的共性外,又有它自身的一些特点。 一、解题方法 画图→动态分析→找临界轨迹。(这类题目关键是作图,图画准了,问题就解决了一大半,余下的就只有计算了──这一般都不难。) 二、常见题型(B为磁场的磁感应强度,v0为粒子进入磁场的初速度) 分述如下: 第一类问题: 例1 如图1所示,匀强磁场的磁感应强度为B,宽度为d,边界为CD和EF。一电子从CD边界外侧以速率v0垂直匀强磁场射入,入射方向与CD边界夹角为θ。已知电子的质量为m,电荷量为e,为使电子能从磁场的另一侧EF射出,求电子的速率v0至少多大?

分析:如图2,通过作图可以看到:随着v0的增大,圆半径增大,临界状态就是圆与边界EF相切,然后就不难解答了。 第二类问题: 例2如图3所示,水平线MN下方存在垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场,在MN线上某点O正下方与之相距L的质子源S,可在纸面内360°范围内发射质量为m、电量为e、速度为v0=BeL/m的质子,不计质子重力,打在MN上的质子在O点右侧最远距离OP=________,打在O点左侧最远距离OQ=__________。 分析:首先求出半径得r=L,然后作出临界轨迹如图4所示(所有从S发射出去的质子做圆周运动的轨道圆心是在以S为圆心、以r=L为半径的圆上,这类问题可以先作出这一圆 ──就是圆心的集合,然后以圆上各点为圆心,作出一系列动态圆),OP=,OQ=L。 【练习】如图5所示,在屏MN的上方有磁感应强度为B的匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里。P为屏上的一小孔,PC与MN垂直。一群质量为m、带电荷量为-q的粒子(不计重力),

新人教版高中物理选修3-2全册导学案

新人教版高中物理选修全册导学案

目录 第四章第1节划时代的发现导 第四章第2节探究电磁感应的产生条件 第四章第3节楞次定律 第四章第4节《法拉第电磁感应定律》 第四章第5节《电磁感应规律的应用》 第四章第5节《电磁感应规律的应用》 第四章第6节《互感与自感》 第四章第6节《互感与自感》 第四章第7节《涡流电磁阻尼和电磁驱动》 第四章第《涡流电磁阻尼和电磁驱动》 第五章第1节交变电流 第五章第2节描述交变电流物理量 第五章第3节《电感和电容对交变电流的影响》第五章第4节变压器 第五章第5节《电能的输送》 第六章第1节传感器及其工作原理 第六章第2节传感器的应用(一) 第六章第3节传感器的应用(二) 第六章第4节传感器的应用实验

选修3-2第四章电磁感应 第1节《划时代的发现》 课前预习学案 一、预习目标 预习奥斯特梦圆“电生磁”;法拉第心系“磁生电”,初步了解物理学中奥斯特和法拉第的贡献。 二、预习内容 奥斯特梦圆“电生磁”标题和法拉第心系“磁生电”标题。 问题1:奥斯特在什么思想的启发下,发现了电流的磁效应的? 问题2:奥斯特发现了电流的磁效应,能说明他是一个“幸运儿”吗?是偶然还是必然? 问题3:1803年奥斯特总结了一句话内容是什么? 问题4:法拉第在了奥斯特的电流磁效应的基础上,思考对称性原理,从而得出了什么样的结论? 问题5:其他很多科学家例如安培,科拉顿等物理学家也做过磁生电的试验,可他们都没有成功,他们问题出现在那里? 问题6:法拉第经过无数次试验,经历10年的时间,终于领悟到了什么? 问题7:什么是电磁感应?什么是感应电流? 问题8:通过学习你从奥斯特、法拉第等科学家身上学到了什么? 问题9:通过查阅资料,了解法拉第的生平,详细写出法拉第一生中的伟大成就和伟大发现。 三、提出疑惑

带电粒子在磁场中的运动习题含答案

带电粒子在磁场中的运动 练习题 1. 如图所示,一个带正电荷的物块m 由静止开始从斜面上A 点下滑,滑到水平面BC 上的D 点停下来.已知物块与斜面及水平面间的动摩擦因数相同,且不计物块经过B 处时的机械能损失.先在ABC 所在空间加竖直向下的匀强电场,第二次让物块m 从A 点由静止开始下滑,结果物块在水平面上的D′点停下来.后又撤去电场,在ABC 所在空间加水平向里的匀强磁场,再次让物块m 从A 点由静止开始下滑,结果物块沿斜面滑下并在水平面上的D″点停下来.则以下说法中正确的是( ) A .D′点一定在D 点左侧 B .D′点一定与D 点重合 C .D″点一定在 D 点右侧 D .D″点一定与D 点重合 2. 一个质量为m 、带电荷量为+q 的圆环,可在水平放置的足够长的粗 糙细杆上滑动,细杆处于磁感应强度为B 的匀强磁场中.现给圆环向右初速度v 0,A . B . C . D . 子从ad 的中点垂直于电场和磁场方向射入,恰沿直线从bc 边的中点P 射出,若撤去磁场,则粒子从c 点射出;若撤去电场,则粒子将(重力不计)( ) A .从b 点射出 B .从b 、P 间某点射出 C .从a 点射出 D .从a 、b 间某点射出 4. 如图所示,在真空中匀强电场的方向竖直向下,匀强磁场的方向垂直纸面向里,三个油滴a 、b 、c 带有等量同种电荷,其中a 静止,b 向右做匀速运动,c 向左匀速运动,比较它们的重力Ga 、Gb 、Gc 的大小关系,正确的是( ) A .Ga 最大 B .Gb 最大 C .Gc 最大 D .Gb 最小 5. 如图所示,圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,一个带电粒子以速度v 从A 点沿直径AOB 方向射入磁场,经过Δt 时间从C 点射出磁场,OC 与OB 成60°角。现将带电粒子的速度变为v /3,仍从A 点射入磁场,不计重力,则粒子在磁场中的运动时间变为 ( ) A.t ?2 1 B. t ?2 C. t ?3 1 D. t ?3 6. 如图所示,在xOy 平面内存在着磁感应强度大小为B 的匀强磁场,第一、二、四象限内的磁场方向垂直纸面向里,第三象 限内的磁场方向垂直纸面向外.P (-L 2,0)、Q (0,-L 2)为坐标轴上的两个

物理选修3-1学案

第1章静电场 第1节静电现象及其微观解释 1.自然界中只存在两种电荷:______电荷和________电荷.电荷间的作用规律是:同种电荷相互______,异种电荷相互________. 2.用毛皮摩擦橡胶棒时,橡胶棒带____________电荷,毛皮带__________电荷.用丝绸摩擦玻璃棒,玻璃棒带______电荷,丝绸带______电荷. 3.原子核的正电荷数量与电子的负电荷数量一样多,所以整个原子对外界表现为________.金属中距离原子核最远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动,这种电子叫做________________.失去这种电子的原子便成为带____电的离子.离子都在自己的平衡位置上振动而不移动,只有自由电子穿梭其中.所以金属导电时只有________在移动. 4.把带电体移近不带电的导体,可以使导体靠近带电体的一端带________,远离的一端带________这种现象叫静电感应.利用静电感应使物体带电叫________起电.常见的起电方式还有________和________等. 5.电荷既不能创生,也不能消灭,只能从一个物体______到另一物体,或者从物体的一部分____________到另一部分. 6.物体所带电荷的多少叫________________.在国际单位制中,它的单位是________,用________表示. 7.最小的电荷量叫________,用e表示,e=________.所有带电体的电荷量都等于e的____________.电子的电荷量与电子的质量之比叫做电子的________.

一、电荷 [问题情境] 在干燥的冬天,当你伸手接触金属门把的一刹那,突然听到“啪”的一声,手麻了一下,弄得你虚惊一场,是谁在恶作剧?原来是电荷在作怪. 1.这些电荷是哪里来的?物质的微观结构是怎样的?摩擦起电的原因是什么? 2.什么是自由电子,金属成为导体的原因是什么? 3.除了摩擦起电,还有其它方法可以使物体带电吗? [要点提炼] 1.摩擦起电的原因:在两个物体相互摩擦时,一些束缚不紧的电子会从一个物体转移到另一个物体,于是原来呈电中性的物体由于得到电子而带____电,失去电子的物体则带____电.2.感应起电的原因:当一个带电体靠近导体时,由于电荷间的相互吸引和排斥,导体中的自由电子便会趋向或远离带电体,使导体靠近带电体的一端带____电荷,远离的一端带____电荷.3.常见的起电方式有摩擦起电、感应起电和接触起电.三种起电方式的实质都是________ 的转移.[问题延伸] 感应起电现象中实验物体必须是导体吗? 二、电荷守恒定律 [问题情境]

高中物理带电粒子在磁场中的运动知识点汇总

难点之九:带电粒子在磁场中的运动 一、难点突破策略 (一)明确带电粒子在磁场中的受力特点 1. 产生洛伦兹力的条件: ①电荷对磁场有相对运动.磁场对与其相对静止的电荷不会产生洛伦兹力作用. ②电荷的运动速度方向与磁场方向不平行. 2. 洛伦兹力大小: 当电荷运动方向与磁场方向平行时,洛伦兹力f=0; 当电荷运动方向与磁场方向垂直时,洛伦兹力最大,f=qυB ; 当电荷运动方向与磁场方向有夹角θ时,洛伦兹力f= qυB ·sin θ 3. 洛伦兹力的方向:洛伦兹力方向用左手定则判断 4. 洛伦兹力不做功. (二)明确带电粒子在匀强磁场中的运动规律 带电粒子在只受洛伦兹力作用的条件下: 1. 若带电粒子沿磁场方向射入磁场,即粒子速度方向与磁场方向平行,θ=0°或180°时,带电粒子粒子在磁场中以速度υ做匀速直线运动. 2. 若带电粒子的速度方向与匀强磁场方向垂直,即θ=90°时,带电粒子在匀强磁场中以入射速度υ做匀速圆周运动. ①向心力由洛伦兹力提供: R v m qvB 2 = ②轨道半径公式: qB mv R = ③周期: qB m 2v R 2T π=π= ,可见T 只与q m 有关,与v 、R 无关。 (三)充分运用数学知识(尤其是几何中的圆知识,切线、弦、相交、相切、磁场的圆、轨迹的圆)构建粒子运动的 物理学模型,归纳带电粒子在磁场中的题目类型,总结得出求解此类问题的一般方法与规律。 1. “带电粒子在匀强磁场中的圆周运动”的基本型问题 (1)定圆心、定半径、定转过的圆心角是解决这类问题的前提。确定半径和给定的几何量之间的关系是解题的基础, 有时需要建立运动时间t 和转过的圆心角α之间的关系( T 2t T 360t πα=α= 或)作为辅助。圆心的确定,通常有以下 两种方法。 ① 已知入射方向和出射方向时,可通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线,两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图9-1中P 为入射点,M 为出射点)。 ② 已知入射方向和出射点的位置,可以通过入射点作入射方向的垂线,连接入射点和出射点,作其中垂线,这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图9-2,P 为入射点,M 为出射点)。 (2)半径的确定和计算:利用平面几何关系,求出该圆的可能半径或圆心角。并注意以下两个重要的特点: 图9-1 图9-2 图9-3

高中物理选修3-4导学案---12.5

第十二章机械波 选修3-4 12.5多普勒效应 【教学目标】 1.知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别. 2.知道什么是多普勒效应,知道它是波源与观察者之间有相对运动时产生的现象。 3.了解多普勒效应的一些应用. 重点:1.知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别. 2.多普勒效应的定义及产生条件; 难点:波源的频率与观察者接收到的频率的区别. 【自主预习】 1.波源与观察者互相________或者互相________时,接收到的频率都会________,这种现象叫做多普勒效应。 2.当波源与观察者相对静止时,1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目是一定的,观察到的频率________波源振动的频率;当波源与观察者相向运动时,1 s内通过观察者的波峰(或密部)的数目________,观察到的频率________;反之,当波源与观察者互相________时,观察到的频率________。 3.多普勒效应在科学技术中有广泛的应用。交通警察可以用来测量汽车的________,医生可用来测量血流的速度,这种方法俗称为“________” 注意:①在多普勒效应中,波源的频率是不改变的,只是由于波源和观察者之间有相对运动,观察者感到频率发生了变化。

②多普勒效应是波动过程共有的特征,电磁波和光波也会发生多普勒效应。 4.应用 ①超声波测速:发射装置向行进中的车辆发射频率已知的超声波,同时测量反射波的频率。据反射波频率的变化的多少可以知道车辆的速度。 ②红移现象:在20世纪初,科学家们发现许多星系的谱线有“红移现象”,所谓“红移现象”,就是整个光谱结构向光谱红色的一端偏移,这种现象可以用多普勒效应加以解释:由于星系远离我们运动,接收到的星光的频率变小,谱线就向频率变小(即波长变大)的红端移动。 ③医用“彩超”:向人体发射频率已知的超声波,超声波被血管中的血液反射后被仪器接收。测出反射波的频率变化,就能知道血流的速度,据此诊断疾病。 ④可据火车汽笛的音调的变化可以判断火车是进站还是出站;据炮弹飞行的尖叫声可以判断炮弹飞行的方向等。 【典型例题】 一、多普勒效应的产生 【例题1】下面说法巾正确的是 ( ) A.发生多普勒效应时,波源的频率变化了 B.发生多普勒效应时,观察者接收到的频率发生变化 C.多普勒是在波源与观察者之间有相对运动时产生的 D.多普勒效应是由奥地利物理学家多普勒首先发现的

知识讲解_带电粒子在磁场中的运动 提高

带电粒子在磁场中的运动 编稿:周军审稿:隋伟 【学习目标】 1.掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的特点和解决此类运动的方法。 2.理解质谱仪和回旋加速器的工作原理和作用。 【要点梳理】 要点一:带电粒子在匀强磁场中的运动 要点诠释: 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的匀强磁场中: (1)当v∥B时,带电粒子将做匀速直线运动; (2)当v⊥B时,带电粒子将做匀速圆周运动; (3)当v与B的夹角为θ(θ≠0°,90°,180°)时,带电粒子将做等螺距的螺旋线运动. 说明:电场和磁场都能对带电粒子施加影响,带电粒子在匀强电场中只在电场力作用下,可能做匀变速直线运动,也可能做匀变速曲线运动,但不可能做匀速直线运动;在匀强磁场中,只在磁场力作用下可以做曲线运动.但不可能做变速直线运动. 2.带电粒子在匀强磁场中的圆周运动 如图所示,带电粒子以速度v垂直磁场方向入射,在磁场中做匀速圆周运动,设带电粒子的质量为m,所带的电荷量为q. (1)轨道半径:由于洛伦兹力提供向心力,则有 2 v qvB m r =,得到轨道半径 mv r qB =. (2)周期:由轨道半径与周期之间的关系 2r T v π =可得周期 2m T qB π =. 说明:(1)由公式 mv r qB =知,在匀强磁场中,做匀速圆周运动的带电粒子,其轨道半径跟运动速率 成正比. (2)由公式 2m T qB π =知,在匀强磁场中,做匀速圆周运动的带电粒子,周期跟轨道半径和运动速率 均无关,而与比荷q m 成反比. 注意: mv r qB =与 2m T qB π =是两个重要的表达式,每年的高考都会考查.但应用时应注意在计算说明 题中,两公式不能直接当原理式使用. 要点二:带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的问题分析要点诠释:

超级资源:高中物理选修3-1复习全套导学案(附练习与答案)

第1课时 电荷守恒定律 库仑定律 导学目标 1.能利用电荷守恒定律进行相关判断.2.会解决库仑力参与的平衡及动力学问题. 一、电荷守恒定律 [基础导引] 如图1所示,用绝缘细线悬挂一轻质小球b ,并且b 球表面镀有一层 金属膜,在靠近b 球旁有一金属球a ,开始时a 、b 均不带电,若给a 球带电,则会发生什么现象? [知识梳理] 1.物质的电结构:构成物质的原子本身包括:__________的质子和 __________的中子构成__________,核外有带________的电子,整个原子对外

图2 ____________表现为__________. 2.元电荷:最小的电荷量,其值为e =________________.其他带电体的电荷量皆为元电荷的__________. 3.电荷守恒定律 (1)内容:电荷既不会创生,也不会消灭,它只能从一个物体________到另一个物体,或者从物体的一部分________到另一部分;在转移过程中,电荷的总量____________. (2)起电方式:____________、____________、感应起电. (3)带电实质:物体带电的实质是____________. 思考:当两个完全相同的带电金属球相互接触时,它们的电荷如何分配? 二、库仑定律 [基础导引] 如图2所示,两个质量均为m 的完全相同的金属球壳a 和b ,其 壳层的厚度和质量分布均匀,将它们固定于绝缘支座上,两球心 间的距离l 为球半径的3倍.若使它们带上等量异种电荷,电荷 量的绝对值均为Q ,试比较它们之间的库仑力与kQ 2 l 2的大小关系, 如果带同种电荷呢? [知识梳理] 1.点电荷:是一种理想化的物理模型,当带电体本身的______和________对研究的问题影响很小时,可以将带电体视为点电荷. 2.库仑定律 (1)内容:真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘积成____________,与它们的距离的二次方成________,作用力的方向在它们的________上. (2)公式:F =________________,其中比例系数k 叫做静电力常量,k =9.0×109 N·m 2/C 2. (3)适用条件:①__________;②____________. 3.库仑定律的理解:库仑定律的适用条件是真空中的静止点电荷.点电荷是一种理想化的物理模型,当带电体间的距离远远大于带电体的自身大小时,可以视其为点电荷而适用库仑定律,否则不能适用. 思考:在理解库仑定律时,有人根据公式F =k q 1q 2 r 2,设想当r →0时得出F →∞的结论, 请分析这个结论是否正确 . 考点一 电荷守恒定律及静电现象 考点解读 1.使物体带电的三种方法及实质 摩擦起电、感应起电和接触带电是使物体带电的三种方法,它们的实质都是电荷的转

《带电粒子在磁场中的运动》教案示例

《带电粒子在磁场中的运动》教案示例 设计思想 本节课是一节新常规课,组织方式为课堂教学。在设计本课时,遵循了新课程理念中“学生为主体、教师为主导”的原则,体现了传统媒体、现代媒体与课堂教学恰当整合的思想。 一.学生主体、教师主导的实现 主要通过恰当地创设教学情景来体现学生的主体地位。本节课共创设了以下几个情景: 1.在观察电子射线管中电子在磁场中的圆周运动的基础上,提出:从理论上如何分析、论证带电粒子垂直射入匀强磁场中时,为什么是匀速圆周运动?引导学生分析、推理、论证。 2.在得出带电粒子做匀速圆周的结论后,提出:粒子在多大的圆周上运动?运动一周的时间是多少?引导学生运用牛顿第二定律,结合圆周运动的知识,推导带电粒子运动的轨道半径和运动周期。 3.最后,提出:带电粒子在磁场中运动规律在实际中有什么应用?引导学生运用所学知识,分析质谱仪、回旋加速器的原理。 在整个课堂教学过程中,通过教师的引导,学生观察实验;思考回答问题;分析、推理、论证;完成实验原理设计,在这一系列的活动中,学生始终处于主体地位,是活动的主体。应用所学知识解决实际问题的过程,充分调动了学生的主体参与,而教师则始终主导着课堂的进行,体现教师的主导作用。 二.现代媒体与课堂教学的整合 在现代课堂教学中,现代媒体已经成为一个重要的支持教学的工具,媒体与课堂教学的整合一般有以下几种方式: 1.模拟演示/多媒体展示 2.情境化学习 3.微型世界 4.虚拟实验 具体采用哪种整合方式应视教学目标而定。在本课的教学中,目标是让学生建立带电粒子垂直进入匀强磁场时的运动图景,掌握带电粒子的运动规律及其应用。图景的建立是难点,为了突破这个难点,我设计了一个模拟带电粒子在磁场中运动的软件,在学生观察了电子射线管中电子的圆周运动后,再让学生观察模拟运动,帮助学生建立动态图景,突破了思维障碍。为了展示质谱仪和螺旋加速器的原理,我制作了相应的课件,动态演示它们的工作原理,帮助学生建立直观的图景,降低了教学难度。在整堂的教学过程中,传统媒体、现代媒体有机融合,相辅相成,使课堂教学行云流水,提高了课堂教学质量和教学效果。 教学设计

带电粒子在有界磁场中运动(超经典)

带电粒子在有界磁场中运动(超经典)

带电粒子在有界磁场中运动的临界问题 “临界问题”大量存在于高中物理的许多章节中,如“圆周运动中小球能过最高点的速度条件”“动量中的避免碰撞问题”等等,这类题目中往往含有“最大”、“最高”、“至少”、“恰好”等词语,其最终的求解一般涉及极值,但关键是找准临界状态。带电粒子在有界磁场中运动的临界问题,在解答上除了有求解临界问题的共性外,又有它自身的一些特点。 一、解题方法 画图→动态分析→找临界轨迹。(这类题目关键是作图,图画准了,问题就解决了一大半,余下的就只有计算了──这一般都不难。) 二、常见题型(B为磁场的磁感应强度,v0为粒子进入磁场的初速度)

分述如下: 第一类问题: 例1 如图1所示,匀强磁场的磁感应强度为B,宽度为d,边界为CD和EF。一电子从CD边界外侧以速率v0垂直匀强磁场射入,入射方向与CD边界夹角为θ。已知电子的质量为m,电荷量为e,为使电子能从磁场的另一侧EF射出,求电子的速率v0至少多大?

分析:如图2,通过作图可以看到:随着v0的增大,圆半径增大,临界状态就是圆与边界EF相切,然后就不难解答了。 第二类问题: 例2 如图3所示,水平线MN下方存在垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场,在MN 线上某点O正下方与之相距L的质子源S,可在纸面内360°范围内发射质量为m、电量为e、速度为v0=BeL/m的质子,不计质子重力,打在MN 上的质子在O点右侧最远距离OP=________,打在O点左侧最远距离OQ=__________。

分析:首先求出半径得r=L,然后作出临界轨迹如图4所示(所有从S发射出去的质子做圆周运动的轨道圆心是在以S为圆心、以r=L为半径的圆上,这类问题可以先作出这一圆──就是圆心的集合,然后以圆上各点为圆心,作出一系列动态圆),OP=,OQ=L。 【练习】如图5所示,在屏MN的上方有磁感应强度为B的匀强磁场,磁场方向垂直纸面向

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