带电粒子在匀强磁场中运动(修改)

1、关于带电粒子在匀强磁场中运动(修改)第一张，PPT共六十二页，创作于2022年6月问题：判断下图中带电粒子（电量q，重力不计）所受洛伦兹力的大小和方向：1、匀速直线运动。F=qvBF=02、?一、 带电粒子在匀强磁场中的运动（重力不计）猜想：第二张，PPT共六十二页，创作于2022年6月1、匀强磁场-洛伦兹力的大小保持不变2、左手定则-洛伦兹力的方向总是与速度方 向垂直若带电粒子（不计重力）以沿着与匀强磁场垂直的方向射入磁场，粒子将如何运动？匀速圆周运动第三张，PPT共六十二页，创作于2022年6月+r第四张，PPT共六十二页，创作于2022年6月一、带电粒子运动轨迹的半径匀强磁场中带电粒子运

2、动轨迹的半径与哪些因素有关？思路: 带电粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。若磁场强度不变：粒子射入的速度增加，轨道半径将增大； 速度减小，轨道半径将减小。若粒子射入速度不变：磁场强度增大，轨道半径将减小；磁场强度减小，轨道半径将增大。第五张，PPT共六十二页，创作于2022年6月亥姆霍兹线圈电 子 枪磁场强弱选择挡加速电压选择挡洛伦兹力演示器实验：第六张，PPT共六十二页，创作于2022年6月励磁线圈：作用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加速电场：作用是改变电子束出射的速度第七张，PPT共六十二页，创作于2022年6月实验：观察1：不加磁场时电子束轨迹结论：轨迹是一条

3、直线观察2：若加励磁电流，电子束轨迹将如何？ 观察3 ：若加逆向的励磁电流，电子束轨迹将 如何？第八张，PPT共六十二页，创作于2022年6月二、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时周期带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时周期有何特征？同一个粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与速度无关第九张，PPT共六十二页，创作于2022年6月-e2v.BT=2m/eB例 2、匀强磁场中，有两个电子分别以速率v和2v沿垂直于磁场方向运动，哪个电子先回到原来的出发点？两个电子同时回到原来的出发点运动周期和电子的速率无关轨道半径与粒子射入的速度成正比v-e两个电子轨道半径如何？第十张，PPT共六十二页，创作于

4、2022年6月例1：一个带电粒子，沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场粒子的一段径迹如下图所示径迹上的每一小段都可近似看成圆弧由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小(带电量不变)从图中情况可以确定A粒子从a到b，带正电B粒子从a到b，带负电C粒子从b到a，带正电D粒子从b到a，带负电 C第十一张，PPT共六十二页，创作于2022年6月1. 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r22r1，q1、q2分别是它们的带电量.则 q1 带_电、q2带_电，荷质比之比为 q1/m1 : q2/m2 _.r

5、1r2v2:1正负解: r=mv/qBq/m=v/Br1/rq 1/m1 : q2 /m2 = r2/r1 = 2:1返回第十二张，PPT共六十二页，创作于2022年6月带电粒子在无界匀强磁场中的运动F洛=0匀速直线运动F洛=Bqv匀速圆周运动F洛=Bqv等距螺旋（090）V/BVBv与B成角在只有洛仑兹力的作用下第十三张，PPT共六十二页，创作于2022年6月带电粒子在磁场中运动情况研究1、找圆心：方法2、定半径：3、确定运动时间：注意：用弧度表示几何法求半径向心力公式求半径利用vR利用弦的中垂线第十四张，PPT共六十二页，创作于2022年6月确定带电粒子在磁场中运动轨迹的方法1、物理方法：

6、作出带电粒子在磁场中两个位置所受洛仑兹力，沿其方向延长线的交点确定圆心，从而确定其运动轨迹。2、物理和几何方法：作出带电粒子在磁场中某个位置所受洛仑兹力，沿其方向的延长线与圆周上两点连线的中垂线的交点确定圆心，从而确定其运动轨迹。3、几何方法：圆周上任意两点连线的中垂线过圆心圆周上两条切线夹角的平分线过圆心过切点作切线的垂线过圆心第十五张，PPT共六十二页，创作于2022年6月301.圆心在哪里?2.轨迹半径是多少?思考OBdv 例3：r=d/sin 30o =2d r=mv/qBt=（ 30o /360o）T= T/12T=2 m/qBT=2 r/v小结：rt/T= 30o /360oA=3

7、0vqvB=mv2/rt=T/12= m/6qB3、偏转角=圆心角1、两洛伦兹力的交点即圆心2、偏转角：初末速度的夹角。4.穿透磁场的时间如何求？3、圆心角 =? t=T/12= d/3vm=qBr/v=2qdB/vff第十六张，PPT共六十二页，创作于2022年6月1.如图，虚线上方存在无穷大的磁场，一带正电的粒子质量m、电量q、若它以速度v沿与虚线成300、600、900、1200、1500、1800角分别射入，请你作出上述几种情况下粒子的轨迹、并求其在磁场中运动的时间。有界磁场问题：第十七张，PPT共六十二页，创作于2022年6月入射角300时第十八张，PPT共六十二页，创作于2022年

8、6月第十九张，PPT共六十二页，创作于2022年6月入射角1500时第二十张，PPT共六十二页，创作于2022年6月例:如图所示，在第一象限有磁感应强度为B的匀强磁场，一个质量为m，带电量为+q的粒子以速度v从O点射入磁场，角已知，求粒子在磁场中飞行的时间和飞离磁场的位置（粒子重力不计）第二十一张，PPT共六十二页，创作于2022年6月粒子在磁场中做圆周运动的对称规律：从同一直线边界射入的粒子，从同一边界射出时，速度与边界的夹角相等。1、两个对称规律：第二十二张，PPT共六十二页，创作于2022年6月例5、如图所示，在半径为r的圆形区域内，有一个匀强磁场，一带电粒子以速度v0从M点沿半径方向射

9、入磁场区，并由N点射出，O点为圆心，AOB=120，求粒子在磁场区的偏转半径R及在磁场区中的运动时间。（粒子重力不计）rR6030r/R=tan30R=rtan60ot=（ 60o /360o）T= T/6T=2 R/v030r/R=sin30R/r=tan60第二十三张，PPT共六十二页，创作于2022年6月临界问题例：长为L的水平极板间，有垂直纸面向内的匀强磁场，如图所示，磁感强度为B，板间距离也为L，板不带电，现有质量为m，电量为q的带正电粒子（不计重力），从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场，欲使粒子不打在极板上，可采用的办法是： （ ）A使粒子的速度v5BqL/4mC使粒

10、子的速度vBqL/mD使粒子速度BqL/4mv dr d/2mv0/qB d/2B 2mv0q/dr1r q mv0/13d第二十六张，PPT共六十二页，创作于2022年6月 可见半径不同意味着比荷不同，意味着它们是不同的粒子这就是质谱仪的工作原理第二十七张，PPT共六十二页，创作于2022年6月一、质谱仪原理分析1、质谱仪:是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具2、工作原理将质量不等、电荷数相等的带电粒子经同一电场加速再垂直进入同一匀强磁场，由于粒子质量不同，引起轨迹半径不同而分开，进而分析某元素中所含同位素的种类第二十八张，PPT共六十二页，创作于2022年6月质谱仪的两种装置带电粒子质

11、量m,电荷量q,由电压U加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场,设轨道半径为r,则有：NUOMB可得带电粒子质量m,电荷量q,以速度v穿过速度选择器(电场强度E，磁感应强度B1),垂直进入磁感应强度为B2的匀强磁场.设轨道半径为r,则有：MB2EB1NqE=qvB1可得：均可测定荷质比第二十九张，PPT共六十二页，创作于2022年6月1.加速器的种类有哪些?2.各自是如何实现对带电粒子加速的?3.各有什么优缺点?阅读课本P101 思考下列问题第三十张，PPT共六十二页，创作于2022年6月1加速原理： 利用加速电场对带电粒子做正功使 带电粒子的动能增加。二.加速器直线加速器+U+第三十一张，P

12、PT共六十二页，创作于2022年6月2直线加速器（多级加速） 如图所示是多级加速装置的原理图：二.加速器直线加速器第三十二张，PPT共六十二页，创作于2022年6月直线加速器粒子在每个加速电场中的运动时间相等，因为交变电压的变化周期相同第三十三张，PPT共六十二页，创作于2022年6月斯坦福大学的加速器多级直线加速器有什么缺点？第三十四张，PPT共六十二页，创作于2022年6月直线加速器 利用加速电场对带电粒子做正功,使带电的粒子动能增加，即 qU =Ek直线加速器的多级加速： 教材图3.6-5所示的是多级加速装置的原理图，由动能定理可知，带电粒子经n级的电场加速后增加的动能， Ek=q（U1

13、+U2+U3+U4+Un）直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间内制造直线加速器受到一定的限制。P1图3.6-5多级加速器P2P3P4P5P6一级二级三级n级加速原理：第三十五张，PPT共六十二页，创作于2022年6月回旋加速器第三十六张，PPT共六十二页，创作于2022年6月1932年,美国物理学家劳仑斯发明了回旋加速器，从而使人类在获得具有较高能量的粒子方面迈进了一大步为此，劳仑斯荣获了诺贝尔物理学奖第三十七张，PPT共六十二页，创作于2022年6月第三十八张，PPT共六十二页，创作于2022年6月回旋加速器第三十九张，PPT共六十二页，创作于2022年6月回旋加速器1、作用：产生高速运

14、动的粒子2、原理用磁场控制轨道、用电场进行加速+-+-第四十张，PPT共六十二页，创作于2022年6月回旋加速器第四十一张，PPT共六十二页，创作于2022年6月回旋加速器第四十二张，PPT共六十二页，创作于2022年6月交变回旋加速器交变电压的周期TE = 粒子在磁场中运动的周期TB第四十三张，PPT共六十二页，创作于2022年6月Dv=？UB解：当粒子从D形盒出口飞出时，粒子的运动半径=D形盒的半径回旋加速器第四十四张，PPT共六十二页，创作于2022年6月Dv=？UB回旋加速器第四十五张，PPT共六十二页，创作于2022年6月问题6：D越大，EK越大，是不是只要D不断增大， EK 就可以

15、无限制增大呢?回旋加速器第四十六张，PPT共六十二页，创作于2022年6月美国费米实验室加速器第四十七张，PPT共六十二页，创作于2022年6月2.交变电场的周期和粒子的运动周期 T相同-保证粒子每次经过交变 电场时都被加速1. 粒子在匀强磁场中的运动周期不变 回旋加速器问题归纳第四十八张，PPT共六十二页，创作于2022年6月3.带电粒子每经电场加速一次,回旋半径 就增大一次,每次增加的动能为4.粒子加速的最大速度由盒的半径决定问题归纳第四十九张，PPT共六十二页，创作于2022年6月周期与速度和轨道半径无关带电粒子做匀速圆周运动的周期公式 ,带电粒子的周期在q、m、B不变的情况下与速度和轨

16、道半径无关。 因而圆运动周长 也将与v成正比例地增大， 如果其他因素(q、m、B)不变, 则当速率v加大时,得知圆运动半径将与v成正比例地增大,由因此运动一周的时间（周期）仍将保持原值。 第五十张，PPT共六十二页，创作于2022年6月最终能量粒子运动半径最大为D形盒的半径R带电粒子经加速后的最终能量：由有 所以最终能量为 讨论：要提高带电粒子的最终能量，应采取什么措施？ 回旋加速器加速的带电粒子, 能量达到25 MeV 30 MeV后，就很难再加速了。第五十一张，PPT共六十二页，创作于2022年6月在磁场中做圆周运动,周期不变每一个周期加速两次电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相同电场

17、一个周期中方向变化两次粒子加速的最大速度由盒的半径决定电场加速过程中,时间极短,可忽略结论第五十二张，PPT共六十二页，创作于2022年6月.关于回旋加速器的工作原理，下列说法正确的是：A、电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋B、电场和磁场同时用来加速带电粒子C、同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由加速电压决定D、同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由磁感应强度B决定和加速电压决定(A)第五十三张，PPT共六十二页，创作于2022年6月06年广东东莞中学高考模拟试题88回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭

18、缝中形成的周期性变化的匀强电场，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面的匀强磁场中，如图所示，设匀强磁场的磁感应强度为B，D形金属盒的半径为R，狭缝间的距离为d，匀强电场间的加速电压为U，要增大带电粒子（电荷量为q质量为m，不计重力）射出时的动能，则下列方法中正确的是： ( )A增大匀强电场间的加速电压 B减小狭缝间的距离C增大磁场的磁感应强度 D增大D形金属盒的半径dRBU解：C D第五十四张，PPT共六十二页，创作于2022年6月北京正负电子对撞机：撞出物质奥秘 大科学装置的存在和应用水平，是一个国家科学技术发展的具象。它如同一块巨大的磁铁，能够集聚智慧，构成一个多学科

19、阵地。作为典型的大科学装置，北京正负电子对撞机的重大改造工程就是要再添磁力。 北京正负电子对撞机在我国大科学装置工程中赫赫有名，为示范之作。1988年10月16日凌晨实现第一次对撞时，曾被形容为“我国继原子弹、氢弹爆炸成功、人造卫星上天之后，在高科技领域又一重大突破性成就”。北京正负对撞机重大改造工程的实施，将让这一大科学装置“升级换代”，继续立在国际高能物理的前端。 北京正负电子对撞机重大改造工程完工后，将成为世界上最先进的双环对撞机之一。 第五十五张，PPT共六十二页，创作于2022年6月世界上最大、能量最高的粒子加速器欧洲大型强子对撞机 第五十六张，PPT共六十二页，创作于2022年6月

20、世界最大对撞机启动模拟宇宙大爆炸 中国参与研究 这项实验在深入地底100米、长达27公里的环型隧道内进行。科学家预计，粒子互相撞击时所产生的温度，比太阳温度还要高10万倍，就好比137亿年前宇宙发生大爆炸时那一剎那的情况。 在瑞士和法国边界地区的地底实验室内，科学家们正式展开了被外界形容为“末日实验”的备受争议的计划。他们启动了全球最大型的强子对撞机(LHC)，把次原子的粒子运行速度加快至接近光速，并将互相撞击，模拟宇宙初开“大爆炸”后的情况。科学家希望借这次实验，有助解开宇宙间部分谜团。但有人担心，今次实验或会制造小型黑洞吞噬地球，令末日论流言四起。第五十七张，PPT共六十二页，创作于2022年6月四、霍尔效应 1879年霍耳发现，把一载流导体放在磁场中，如果磁场方向与电流方向垂直，则在与磁场和电流二者垂直的方向上出现横向电势差，这一现象称之为霍耳现象。第五十八张，PPT共