带电粒子在匀强磁场中的运动课件

3.6带电粒子在匀强磁场中的运动复习1、洛伦兹力的概念：运动电荷在磁场中受到的作用力。

通电导线在磁场中所受到的安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。2、洛伦兹力的方向由左手定则判定1、正电荷的运动方向与电流方向相同，负电荷运动方向与电流方向相反。

2、洛伦兹力垂直于ν与Β所在的平面3、洛伦兹力的大小

1.当电荷运动方向与磁场方向垂直（v⊥B）时，f=qvB.2.当电荷的运动方向与磁场方向平行（v//B)时，电荷不受洛伦兹力.4、洛伦兹力对运动电荷不做功环形线圈电子射线管洛伦兹力演示仪VVff线圈未通电时，B=0线圈通电时，B≠0方向垂直线圈平面向里实验演示练一练【1】电子、质子、氘核、氚核以同样的速度垂直射入同一匀强磁场做匀速圆周运动，其中轨道半径最大的是（）A．电子B．质子C．氘核D．氚核

分析：根据，由于四个粒子的电量是相等的，而氚核的质量最大，所以半径最大。D【2】同一种带电粒子以不同的速度垂直射入匀强磁场中，其运动轨迹如图所示，则可知

（1）带电粒子进入磁场的速度值有几个？

（2）这些速度的大小关系为

．

（3）三束粒子从O点出发分别到达1、2、3点所用时间关系为

．V1233个V3>V2>V1t1=t2=t3一、带电粒子在匀强磁场中的运动1、带电粒子平行射入匀强磁场的运动状态？（重力不计）匀速直线运动2、带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态？（重力不计）匀速圆周运动（1）半径特征：（2）周期特征：周期T与运动速度及运动半径无关[问题1]在不计重力的情况下，带电粒子平行电场方向进入匀强电场时会做什么运动呢？VE[问题2]在不计重力的情况下，带电粒子平行磁场方向进入匀强磁场时会做什么运动呢？BV匀变速直线运动F电=Eq(恒定）匀速直线运动f洛=0[问题3]在仅受电场力的情况下，带电粒子垂直电场方向进入匀强电场时会做什么运动呢？VV+—[问题4]在仅受磁场力的情况下，带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时会做什么运动呢？类平抛运动匀速圆周运动例题：一个质量为m、电荷量为的粒子，从容器下方的小孔S1飘入电势差为Ｕ的加速电场，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上求：（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解答：二、实际应用加速电场：使带电粒子加速v=偏转磁场区：使带电粒子轨迹发生偏转，并被拍照偏转半径r=mv/qB=1、质谱仪：精密测量带电粒子质量和分析同位素（测荷质比）的仪器。发明者：阿斯顿（汤姆生的学生）结构与原理：···············UqSS1xPB【练习】质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看作为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x，可以判断()A、若离子束是同位素，则x越大，离子质量越大B、若离子束是同位素，则x越大，离子质量越小C、只要x相同，则离子质量一定相同D、只要x相同，则离子的荷质比一定相同AD1．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，qU=Ek．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：直线加速器由动能定理得带电粒子经n极的电场加速后增加的动能为：3．直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间范围内制造直线加速器受到一定的限制．2、回旋加速器（1）作用：产生高速运动的粒子（2）原理1）、两D形盒中有匀强磁场无电场，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定。二、实际应用为什么带电粒子经回旋加速器加速后的最终能量与加速电压无关？

解析：加速电压越高，带电粒子每次加速的动能增量越大，回旋半径也增加越多，导致带电粒子在D形盒中的回旋次数越少；反之，加速电压越低，粒子在D形盒中回旋的次数越多，可见加速电压的高低只影响带电粒子加速的总次数，并不影响引出时的速度和相应的动能，当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，由r=mv/qB得v=rqB/m，若D形盒的半径为R，则带电粒子的最终动能：

可知，增强B和增大R可提高加速粒子的最终能量，与加速电压高低无关．【练习】关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述，正确的是()A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用B、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的C、只有电场能对带电粒子起加速作用D、磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做匀速圆周运动CD（08广东物理高考）4、1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是（）A．离子由加速器的中心附近进入加速器

B．离子由加速器的边缘进入加速器

C．离子从磁场中获得能量

D．离子从电场中获得能量本课小结：一、带电粒子在匀强磁场中的运动平行磁感线进入：做匀速直线运动垂直磁感线进入：做匀速圆周运动半径：R＝mvqB周期：T＝2πmqB二、应用：1、质谱仪：研究同位素（测荷质比）的装置由加速电场、偏转磁场等组成2、回旋加速器：使带电粒子获得高能量的装置由D形盒、高频交变电场等组成VVVV3、带电粒子做圆周运动的分析方法3、带电粒子做圆周运动的分析方法（3）确定半径：一般利用几何知识，常用解三角形的方法。（4）确定运动时间：利用圆心角与弦切角的关系，或者是四边形内角和等于计算出圆心角的大小，由公式可求出运动时间。【思考】一个质量为m电荷量为+q的带电粒子从x轴上的P（a，0）点以速度v，沿与x正方向成60°的方向射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于y轴射出第一象限。求匀强磁场的磁感应强度B和射出点的坐标。P00`RRdBeθv【3】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=?dBeθv

【4】如图