36带电粒子在匀强磁场中运动课件

带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强猜想与假设V-F洛V-F洛V-F洛V-F洛可能是圆周运动！猜想与假设V-F洛V-F洛V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：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②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①加速电场：作用是改变电子束出射的速度②励磁线圈：作用是能在两线圈之间产生平行①加速电场：作用是改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：匀速直线运动FF=0一、带电粒子在匀强磁场中的运动（重力不计）匀速圆周运动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++一、带电粒子运动轨迹的半径匀强磁场中带电粒子运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。可见r与速度V、磁感应强度B、粒子的比荷有关一、带电粒子运动轨迹的半径匀强磁场中带电粒子运动轨迹的半径与二、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？可见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（0＜θ＜90°）V//BV⊥Bv与B成θ角在只有洛仑兹力的作用下带电粒子在无界匀强磁场中的运动F洛=0F洛=BqvF洛=Bq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：θ用弧度表示几何法求半径向心力公式求半径利用v⊥R利用弦的中垂线带电粒子在磁场中运动情况研究1、找圆心：方法注意：θ用弧度表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交点确定圆心，从而确定其运动轨迹。3.几何方法：①圆周上任意两点连线的中垂线过圆心②圆周上两条切线夹角的平分线过圆心③过切点作切线的垂线过圆心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30°1.圆心在哪里?2.轨迹半径是多少?思考OBdv

例：r=d/sin30o

=2d

r=mv/qBt=（30o/360o）T=T/12T=2πm/qBT=2πr/v小结：rt/T=30o/360oA=30°vqvB=mv2/rt=T/12=πm/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θ=?θ

t=T/12=πd/3vff30°1.圆心在哪里?思考OBdv例：r=d/sin31.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：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、电入射角300时入射角300时36带电粒子在匀强磁场中运动课件入射角1500时入射角1500时

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一、质谱仪原理分析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质谱仪的两种装置⑴带电粒子质量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⑵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：均可测定荷质比质谱仪的两种装置⑴带电粒子质量m,电荷量q,由电压U加速后垂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+++1.加速原理：二.加速器直线加速器+U+++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：直线加速器二.加速器2．直线加速器（多级加速）直线加速器二.加速器～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～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=ΔEk②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，ΔEk=q（U1+U2+U3+U4+…Un）③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…①加速原理：多级直线加速器有什么缺点？直线加速器利用加速电场对带电粒子做回旋加速器回旋加速器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．1932年,美国物理学家劳仑斯发明了回旋加速器，回旋加速器回旋加速器回旋加速器1.作用：产生高速运动的粒子2.原理:用磁场控制轨道、用电场进行加速+-+-~回旋加速器1.作用：产生高速运动的粒子2.原理:用磁场控制轨回旋加速器回旋加速器回旋加速器回旋加速器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Dv=？UB解：回旋加速器Dv=？UB回旋加速器Dv=？UB回旋加速器问题6：D越大，EK越大，是不是只要D不断增大，EK

就可以无限制增大呢?回旋加速器问题6：D越大，EK越大，是不是只要D不断增大，EK就可美国费米实验室加速器美国费米实验室加速器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5.周期与速度和轨道半径无关回旋加速器3.带电粒子每经电场加速一次,回旋半径4.粒子加速的最大速度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25MeV～30MeV后，就很难再加速了。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在磁场中做圆周运动,周期不变每一个周期加速两次电场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,可忽略结论在磁场中做圆周运动,周期不变结论四、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。四、霍尔效应1879年霍耳发现，把一载流导体放在磁场

如图，导电板高度为b厚度为d放在垂直于它的磁场B中。当有电流I通过它时，由于磁场使导体内移动的电荷发生偏转，结果在A、A/两侧分别聚集了正、负电荷，在导电板的A、A’两侧会产生一个电势差U其中叫霍尔系数四、霍尔效应如图，导电板高度为b厚度为d放在垂直于它的磁场B中IBdh霍尔效应I=neSv=nedhveU/h=evBU=IB/ned=kIB/dk是霍尔系数IBdh霍尔效应I=neSv=nedhveU/h=evBU=

例12、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，从而形成横向电场对电子施加与洛仑兹力方向相反的静电力。当静电子与洛仑兹力达到平衡时，导体上下两侧之间就会形成稳定的电势差。设电流I是由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：

（1）达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势_____下侧面的电势（填高于、低于或等于）。（2）电子所受洛仑兹力的大小为______。（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K=，其中n代表导体板单位体积中电子的个数。低于BeVUe/h例12、霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛仑兹力使运动１.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)１.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：CD06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。北京正负电子对撞机：撞出物质奥秘大科学装置的世界上最大、能量最高的粒子加速器——欧洲大型强子对撞机

世界上最大、能量最高的粒子加速器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。世界最大对撞机启动模拟宇宙大爆炸中国参与研究带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强猜想与假设V-F洛V-F洛V-F洛V-F洛可能是圆周运动！猜想与假设V-F洛V-F洛V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：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②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①加速电场：作用是改变电子束出射的速度②励磁线圈：作用是能在两线圈之间产生平行①加速电场：作用是改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：匀速直线运动FF=0一、带电粒子在匀强磁场中的运动（重力不计）匀速圆周运动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++一、带电粒子运动轨迹的半径匀强磁场中带电粒子运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。可见r与速度V、磁感应强度B、粒子的比荷有关一、带电粒子运动轨迹的半径匀强磁场中带电粒子运动轨迹的半径与二、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？可见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（0＜θ＜90°）V//BV⊥Bv与B成θ角在只有洛仑兹力的作用下带电粒子在无界匀强磁场中的运动F洛=0F洛=BqvF洛=Bq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：θ用弧度表示几何法求半径向心力公式求半径利用v⊥R利用弦的中垂线带电粒子在磁场中运动情况研究1、找圆心：方法注意：θ用弧度表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交点确定圆心，从而确定其运动轨迹。3.几何方法：①圆周上任意两点连线的中垂线过圆心②圆周上两条切线夹角的平分线过圆心③过切点作切线的垂线过圆心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30°1.圆心在哪里?2.轨迹半径是多少?思考OBdv

例：r=d/sin30o

=2d

r=mv/qBt=（30o/360o）T=T/12T=2πm/qBT=2πr/v小结：rt/T=30o/360oA=30°vqvB=mv2/rt=T/12=πm/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θ=?θ

t=T/12=πd/3vff30°1.圆心在哪里?思考OBdv例：r=d/sin31.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：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、电入射角300时入射角300时36带电粒子在匀强磁场中运动课件入射角1500时入射角1500时

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一、质谱仪原理分析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质谱仪的两种装置⑴带电粒子质量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⑵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：均可测定荷质比质谱仪的两种装置⑴带电粒子质量m,电荷量q,由电压U加速后垂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+++1.加速原理：二.加速器直线加速器+U+++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：直线加速器二.加速器2．直线加速器（多级加速）直线加速器二.加速器～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～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=ΔEk②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，ΔEk=q（U1+U2+U3+U4+…Un）③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…①加速原理：多级直线加速器有什么缺点？直线加速器利用加速电场对带电粒子做回旋加速器回旋加速器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．1932年,美国物理学家劳仑斯发明了回旋加速器，回旋加速器回旋加速器回旋加速器1.作用：产生高速运动的粒子2.原理:用磁场控制轨道、用电场进行加速+-+-~回旋加速器1.作用：产生高速运动的粒子2.原理:用磁场控制轨回旋加速器回旋加速器回旋加速器回旋加速器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Dv=？UB解：回旋加速器Dv=？UB回旋加速器Dv=？UB回旋加速器问题6：D越大，EK越大，是不是只要D不断增大，EK

就可以无限制增大呢?回旋加速器问题6：D越大，EK越大，是不是只要D不断增大，EK就可美国费米实验室加速器美国费米实验室加速器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5.周期与速度和轨道半径无关回旋加速器3.带电粒子每经电场加速一次,回旋半径4.粒子加速的最大速度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25MeV～30MeV后，就很难再加速了。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在磁场中做圆周运动,周期不变每一个周期加速两次电场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,可忽略结论在磁场中做圆周运动,周期不变结论四、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。四、霍尔效应1879年霍耳发现，把一载流导体放在磁场

如图，导电板高度为b厚度为d放在垂直于它的磁场B中。当有电流I通过它时，由于磁场使导体内移动的电荷发生偏转，结果在A、A/两侧分别聚集了正、负电荷，在导电板的A、A’两侧会产生一个电势差U其中叫霍尔系数四、霍尔效应如图，导电板高度为b厚度为d放在垂直于它的磁场B中IBdh霍尔效应I=neSv=nedhveU/h=evBU=IB/ned=kIB/dk是霍尔系数IBdh霍尔效应I=neSv=nedhveU/h=evBU=

例12、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，从而形成横向电场对电子施加与洛仑兹力方向相反的静电力。当静电子与洛仑兹力达到平衡时，导体上下两侧之间就会形成稳定的电势差。设电流I是由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：

（1）达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势_____下侧面的电势（填高于、低于或等于）。（2）电子所受洛仑兹力的大小为______。（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K=，其中n代表导体板单位体积中电子的个数。低于BeVUe/h例12、霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛仑兹力使运动１.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