2020年高中物 3.6带电粒子在匀强磁场中的运动 选修ppt课件

1、第六节第六节 带电粒子在带电粒子在匀强磁场中的运动匀强磁场中的运动第三章第三章 磁场磁场复习：复习：1、洛伦兹力产生的条件？、洛伦兹力产生的条件？2、洛伦兹力的大小和方向如何确定？、洛伦兹力的大小和方向如何确定？3、洛伦兹力有什么特点？、洛伦兹力有什么特点？射入匀强磁场中的带电粒子将做怎样射入匀强磁场中的带电粒子将做怎样的运动呢？的运动呢？思索：思索：一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子平行射入匀强磁场的运动形状？ 重力不计问题问题1：问题问题2： 带电粒子垂直射入匀强磁场的运动形状？ 重力不计匀速直线运动匀速直线运动1、实际推导、实际推导v vB B1 1 时

2、时 ，洛伦兹力的方向与速度方，洛伦兹力的方向与速度方向向2 2带电粒子仅在洛伦兹力的作用下，粒带电粒子仅在洛伦兹力的作用下，粒子的速率变化么？能量呢？子的速率变化么？能量呢？3 3洛伦兹力如何变化？洛伦兹力如何变化？4 4从上面的分析，他以为垂直于匀强磁从上面的分析，他以为垂直于匀强磁场方向射入的带电粒子，在匀强磁场中的场方向射入的带电粒子，在匀强磁场中的运动形状如何？运动形状如何？垂直垂直实际推导实际推导沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动问题问题3：推导粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆推导粒子

3、在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆半径半径r r和运动周期和运动周期T T，与粒子的速度，与粒子的速度v v和磁场和磁场的强度的强度B B的关系表达式的关系表达式1、圆周运动的半径、圆周运动的半径mvRqB2、圆周运动的周期、圆周运动的周期2 mTqB2vqvBmR2 RTv2、实验验证、实验验证1洛伦兹力演示仪洛伦兹力演示仪励磁线圈亥姆霍兹线圈：作用励磁线圈亥姆霍兹线圈：作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈是能在两线圈之间产生平行于两线圈中心的连线的匀强磁场中心的连线的匀强磁场加速电场：作用是改动电子束出射加速电场：作用是改动电子束出射的速度的速度电子枪：射出电子电子枪：射出电子2实验演示实验演

4、示a a、不加磁场时察看电子束的径迹、不加磁场时察看电子束的径迹b b、给励磁线圈通电，察看电子束的径迹、给励磁线圈通电，察看电子束的径迹c c、坚持初射电子的速度不变，改动磁感应强、坚持初射电子的速度不变，改动磁感应强度，察看电子束径迹的变化度，察看电子束径迹的变化d d、坚持磁感应强度不变，改动出射电子的速、坚持磁感应强度不变，改动出射电子的速度，察看电子束径迹的变化度，察看电子束径迹的变化3实验结论实验结论沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动。磁场强度不变，粒子射入的速度添加，轨道半径也增大。粒子射入速度不变，磁场强度增大，轨道半径减小。dBev例例1 1、

5、如下图，一束电子电量为、如下图，一束电子电量为e)e)以速度以速度V V垂垂直射入磁感应强度为直射入磁感应强度为B B、宽度为、宽度为d d的匀强磁场，的匀强磁场，穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹角为角为300300。求。求 : (1) : (1) 电子的质量电子的质量m=? (2) m=? (2) 电子在电子在磁场中的运动时间磁场中的运动时间t=?t=?提示:关键是画出匀速圆周运动的轨迹,利用几何知识找出圆心及相应的半径,从而找到圆弧所对应的圆心角2dBe/v d/3v例例2.2.一个质量为一个质量为m m、电荷量为、电荷量为q q的粒子的粒子

6、, ,从容器从容器下方的小孔下方的小孔S1S1飘入电势差为飘入电势差为U U的加速电场的加速电场, ,其初速其初速度几乎为零度几乎为零, ,然后经过然后经过S3S3沿着与磁场垂直的方向进沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为入磁感应强度为B B的匀强磁场中的匀强磁场中, ,最后打到照相底最后打到照相底片片D D上上. .(1)(1)求粒子进入磁场时的速率求粒子进入磁场时的速率(2)(2)求粒子在磁场中运动的轨道半径求粒子在磁场中运动的轨道半径qmUBr21mqUv2一、质谱仪质谱仪一、质谱仪质谱仪.swf丈量带电粒子的质量丈量带电粒子的质量分析同位素分析同位素二、实践运用二、实践运用二、盘旋加速

7、器二、盘旋加速器1、作用：产生高速运动的粒子、作用：产生高速运动的粒子2、原理盘旋加速器的原理、原理盘旋加速器的原理.asx1、两、两D形盒中有匀强磁场无电场，形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙有交变电场。盒间缝隙有交变电场。2、交变电场的周期等于粒子做匀速、交变电场的周期等于粒子做匀速圆周运动的周期。圆周运动的周期。3、粒子最后出加速器的速度大小由盒的半径决议。、粒子最后出加速器的速度大小由盒的半径决议。3、留意、留意1 1、带电粒子在匀强磁场中的运动周期、带电粒子在匀强磁场中的运动周期 跟跟运动速率和轨道半径无关，对于一定的带电粒子和运动速率和轨道半径无关，对于一定的带电粒子和一定的磁感应强度来说，这个周期是恒定的。一定的磁感应强度来说，这个周期是恒定的。2 mTqB2、交变电场的往复变化周期和粒子的运动周期T一样，这样就可以保证粒子在每次经过交变电场时都被加速。3、由于狭义相对论的限制，盘旋加速器只能把粒子加速到一定的能量。例例3.关于盘旋加速器中电场和磁场的作用的关于盘旋加速器中电场和磁场的作用的表达，正确的选项是表达，正确的选项是( )A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用、电场和磁场都对带电粒子起加速作用