高中物理 带电粒子在匀强磁场中的运动1精品课件 新人教选修3

1、2021/8/11 星期三16带电粒子在匀强磁场中的运动第课时2021/8/11 星期三23、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定磁场中的带电粒子一般可分为两类：1、带电的基本粒子：如电子，质子，粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和洛仑磁力相比在小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）。2、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。2021/8/11 星期三3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：一、运动形式1、匀速直线运动。2、?2021/8/11 星期三4 如果带电粒子射入匀

2、强磁场时,初速度方向与磁场方向垂直,粒子仅在洛伦兹力的作用下将作什么运动?2021/8/11 星期三51、圆周运动的半径2、圆周运动的周期思考：周期与速度、半径什么关系？2021/8/11 星期三6粒子运动方向与磁场有一夹角 （大于0度小于90度）轨迹为螺线2021/8/11 星期三7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2021/8/11 星期三8 例：垂直纸面向外的匀强磁场仅限于宽度为d的条形区域内，磁感应强度为B一个质量为m、电量为q的粒子以一定的速度垂直于磁场边界方向从点垂直飞入磁场

3、区，如图所示，当它飞 离磁场区时，运动方向 偏转角试求粒子的 运动速度v以及在磁场中 运动的时间t2021/8/11 星期三9 例题 一个质量为m、电荷量为q的粒子，从容器下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为零，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上。（1）求粒子进入磁场时的速率。（2）求粒子在磁场中运动的轨道半径。2021/8/11 星期三10质谱仪通过测出粒子圆周运动的半径，计算粒子的比荷或质量及分析同位素的仪器.2021/8/11 星期三11 练习2 氘核和粒子，从静止开始经相同电场加速后，垂直进入同一匀强磁场作圆周运动.则

4、这两个粒子的动能之比为多少？轨道半径之比为多少？周期之比为多少？2021/8/11 星期三12 练习1如图，一束具有各种速率的带正一个元电荷的两种铜离子质量分别为m1和m2 ,水平地经小孔S进入有互相垂直的匀强电场和匀强磁场的区域，其中磁场、电场方向如图，只有那些路径不发生偏转的离子才能通过另一小孔进入匀强磁场中，此后两种离子将沿不同路径做圆周运动,到达底片P时两离子间距为d，求此d值。已知：E=1.00 105V/m B=0.40TB=0.50Tm1=63 1.66 10-27kgm2=65 1.66 10-27kg,2021/8/11 星期三132、如图所示，在半径为R 的圆的范围内，有匀

5、强磁场，方向垂直圆所在平面向里一带负电的质量为m电量为q粒子，从A点沿半径AO的方向射入，并从C点射出磁场AOC120o则此粒子在磁场中运行的时间t_(不计重力) ABRvvO120C2021/8/11 星期三14dBev1、如图所示，一束电子（电量为e)以速度V垂直射入磁感应强度为B、宽度为d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角为300。求 : (1) 电子的质量m=? (2) 电子在磁场中的运动时间t=?2021/8/11 星期三15练习教材P102页第1,2,32021/8/11 星期三166带电粒子在匀强磁场中的运动第课时2021/8/11 星期三171、圆周运动的半

6、径2、圆周运动的周期思考：周期与速度、半径什么关系？复习回顾2021/8/11 星期三18dBev例1、如图所示，一束电子（电量为e)以速度V垂直射入磁感应强度为B、宽度为d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角为300。求 : (1) 电子的质量m=? (2) 电子在磁场中的运动时间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/3v2021/8/11 星期三19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20

7、21/8/11 星期三20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2021/8/11 星期三21回旋加速器 2021/8/11 星期三222回旋加速器 2021/8/11 星期三23回旋加速器两D形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙有交变电场。电场使粒子加速，磁场使粒子回旋。粒子回旋的周期不随半径改变。让电场方向变化的周期与粒子回旋的周期一致，从而保证粒子始终被加速。2021/8/11 星期三24 练习：回旋加速器中磁场的磁感应强度为B，D形盒的直径为d，用该回旋加速器加速质量为m、电量为q的粒子，设粒子加速前的初速度为零。求：（1） 粒子的回转周期是多大？（2）高

8、频电极的周期为多大？（3） 粒子的最大速度最大动能各是多大？（4） 粒子在同一个D形盒中相邻两条轨道半径之比2021/8/11 星期三25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2021/8/11 星期三26.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

9、度B决定和加速电压决定(A)2021/8/11 星期三27IBdh霍尔效应I=neSv=nedhveU/h=evBU=IB/ned=kIB/dk是霍尔系数2021/8/11 星期三28练习（2000理科综合）如图所示厚度为h，宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A之间会产生电势差这种现象称为霍尔效应实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关系为U=kIB/d式中的比例系数K称为霍尔系数 霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛仑兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场横向电场对电

10、子施加与洛仑兹力方向相反的静电力当静电力与洛仑兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差。设电流I是电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为v，电量为e回答下列问题：2021/8/11 星期三29（1）达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势 下侧面A的电势（填：高于、低于或等于）。(2)电子所受的洛仑兹力的大小为 。(3)当导体板上下两侧之间的电势差为U时，电子所受静电力的大小为 。(4)由静电力和洛仑兹力平衡的条件，证明霍尔系数为k=1/ne其中n代表导体板单位体积中电子的个数导学P98页第21题2021/8/11 星期三306带电粒子在匀强磁场中的运动第课时2021/8/11

11、星期三31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2021/8/11 星期三32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2021/8/11 星期三33确定带电粒子在磁场中运动轨迹的方法1、物理方法：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

12、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2021/8/11 星期三341.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：2021/8/11 星期三35入射角300时2021/8/11 星期三362021/8/11 星期三37入射角1500时2021/8/11 星期三38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：2021/8/11 星期三39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v