《高中物理 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng) 新人教選修PPT課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng) 新人教選修PPT課件（37頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、1.1.理解洛倫茲力對粒子不做功. . 2.2.理解帶電粒子的初速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直時(shí)，粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng). .3.3.會(huì)推導(dǎo)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑、周期公式，知道它們與哪些因素有關(guān). .4 4. .了解回旋加速器. .質(zhì)譜儀的工作原理. . 第1頁/共37頁1.1.你對洛倫茲力有哪些了解？大?。篎 FqvBsinqvBsin（是v v與B B間的夾角）方向：用左手定則判斷對運(yùn)動(dòng)電荷永不做功：因?yàn)镕 始終垂直于v v2.2.你還記得下列公式嗎？mvTrmrmrvmF22224向vB BB BB B復(fù)習(xí)vv第2頁/共37頁磁場中的帶電粒子一般可分為兩類：(

2、1)(1)帶電的基本粒子：如電子、質(zhì)子、粒子、正負(fù)離子等. .這些粒子所受重力和洛倫磁力相比小得多，除非有說明或明確的暗示，一般都不考慮重力的影響（但并不能忽略質(zhì)量）. .(2)(2)帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等. .除非有說明或明確的暗示，一般都考慮重力作用. .3.3.某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來判定. .第3頁/共37頁一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子平行射入勻強(qiáng)磁場后的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？ （重力不計(jì)）問題1 1：問題2 2： 帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場后的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？ （重力不計(jì)）勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)1.1.理論推導(dǎo)勻速圓周運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)第4頁/共37頁（1

3、 1）洛倫茲力的方向與速度方向的關(guān)系（2 2）帶電粒子僅在洛倫茲力的作用下，粒子的速率變化嗎？能量呢？（3 3）洛倫茲力如何變化？（4 4）根據(jù)上面的分析，你認(rèn)為垂直于勻強(qiáng)磁場方向射入的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何？垂直垂直不變不變大小不變，方向在不斷變化大小不變，方向在不斷變化勻速圓周運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)不變不變第5頁/共37頁亥姆霍茲線圈電 子槍磁場強(qiáng)弱選擇擋（1 1）洛倫茲力演示儀加速電壓選擇擋勵(lì)磁線圈（亥姆霍茲線圈）：能在兩線圈之間產(chǎn)生平行于兩線圈中心的連線的勻強(qiáng)磁場.加速電場：改變電子束射出的速度.電子槍：射出電子.2.2.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證第6頁/共37頁（2 2）實(shí)驗(yàn)演示a.a.不加磁

4、場時(shí)觀察電子束的徑跡. .b.b.給勵(lì)磁線圈通電，觀察電子束的徑跡. .c.c.保持出射電子的速度不變，改變磁感應(yīng)強(qiáng)度，觀察電子束徑跡的變化. .d.d.保持磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，改變出射電子的速度，觀察電子束徑跡的變化. .第7頁/共37頁洛倫茲力演示儀第8頁/共37頁（3 3）實(shí)驗(yàn)結(jié)論沿著與磁場垂直的方向射入磁場的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng). .磁場強(qiáng)度不變，粒子射入的速度增大，軌道半徑也增大. .粒子射入速度不變，磁場強(qiáng)度增大，軌道半徑減小. .第9頁/共37頁rvmqvB2qBmvr vrT2周期T T與運(yùn)動(dòng)速度及運(yùn)動(dòng)半徑無關(guān). .二、圓周運(yùn)動(dòng)的半徑、速率和周期qBmT2第10頁/

5、共37頁圓周運(yùn)動(dòng)的半徑第11頁/共37頁正負(fù)電荷的圓周運(yùn)動(dòng)第12頁/共37頁臨界問題例2.2.長為L L的水平極板間，有垂直紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場，如圖所示，磁感強(qiáng)度為B B，板間距離也為L L，板不帶電，現(xiàn)有質(zhì)量為m m，電量為q q的帶正電粒子（不計(jì)重力），從左邊極板間中點(diǎn)處垂直磁感線以速度v v水平射入磁場，欲使粒子不打在極板上，可采用的辦法是：（ ）A A使粒子的速度vBqL/4mv5BqL/4mv5BqL/4mC C使粒子的速度vBqL/mvBqL/mD D使粒子的速度BqL/4mv5BqL/4mBqL/4mv5BqL/4m 第13頁/共37頁第14頁/共37頁四、帶電粒子沿垂直電場或磁

6、場射入的運(yùn)動(dòng)比較勻強(qiáng)電場勻強(qiáng)電場勻強(qiáng)磁場勻強(qiáng)磁場受力特點(diǎn)受力特點(diǎn)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)處理方法處理方法F=qEF=qE大小、方向不變的大小、方向不變的恒力恒力F=qvBF=qvB大小不變大小不變.Fv.Fv，不做，不做功功勻變速曲線運(yùn)動(dòng)勻變速曲線運(yùn)動(dòng)變加速曲線運(yùn)動(dòng)變加速曲線運(yùn)動(dòng)同平拋運(yùn)動(dòng)同平拋運(yùn)動(dòng)按圓周運(yùn)動(dòng)處理按圓周運(yùn)動(dòng)處理第15頁/共37頁1.1.直線加速器六、回旋加速器P1 P2 P3 P4 P5 P6第16頁/共37頁 粒子在每個(gè)加速電場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等，因?yàn)榻蛔冸妷旱淖兓芷谙嗤?7頁/共37頁正負(fù)粒子對撞機(jī)第18頁/共37頁回旋加速器的原理分析第19頁/共37頁（3 3）注意帶電粒子在勻

7、強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)周期 跟運(yùn)動(dòng)速率和軌道半徑無關(guān)，對于一定的帶電粒子和一定的磁感應(yīng)強(qiáng)度來說，這個(gè)周期是恒定的. .2 mTqB交變電場的往復(fù)變化周期和粒子的運(yùn)動(dòng)周期T T相同，這樣就可以保證粒子在每次經(jīng)過交變電場時(shí)都被加速. .由于狹義相對論的限制，回旋加速器只能把粒子加速到一定的能量. .第20頁/共37頁第21頁/共37頁（4 4）帶電粒子的最終能量當(dāng)帶電粒子的速度最大時(shí)，其在磁場中的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑也最大，由r=mv/qBr=mv/qB知道v=qBr/m.v=qBr/m.若D D形盒的半徑為R R時(shí)，帶電粒子的出射速度變?yōu)関=qBR/m.v=qBR/m.所以，帶電粒子的最終動(dòng)能為222.2mq R

8、BEm=所以，要提高加速粒子的最終能量，就應(yīng)該盡可能的加大B B的強(qiáng)度和D D形盒的半徑R.R.第22頁/共37頁mRBqEm2222 可知，增強(qiáng)可知，增強(qiáng)B B和增大和增大R R可提高加速粒子的最終能量，與加速電壓高可提高加速粒子的最終能量，與加速電壓高低無關(guān)低無關(guān)解析：解析：加速電壓越高，帶電粒子每次加速的動(dòng)能增量越大，回旋半徑也增加速電壓越高，帶電粒子每次加速的動(dòng)能增量越大，回旋半徑也增加越多，導(dǎo)致帶電粒子在加越多，導(dǎo)致帶電粒子在D D形盒中的回旋次數(shù)越少；反之，加速電壓越低，形盒中的回旋次數(shù)越少；反之，加速電壓越低，粒子在粒子在D D形盒中回旋的次數(shù)越多，可見加速電壓的高低只影響帶電粒

9、子加速形盒中回旋的次數(shù)越多，可見加速電壓的高低只影響帶電粒子加速的總次數(shù)，并不影響射出時(shí)的速度和相應(yīng)的動(dòng)能，由的總次數(shù)，并不影響射出時(shí)的速度和相應(yīng)的動(dòng)能，由 例3.3.為什么帶電粒子經(jīng)回旋加速器加速后的最終能量與加速電壓無關(guān)？第23頁/共37頁vabI1.1.如圖如圖, ,水平導(dǎo)線中有電流水平導(dǎo)線中有電流I I通過通過, ,導(dǎo)線正下方的電子初速度方導(dǎo)線正下方的電子初速度方向與電流向與電流I I方向相同方向相同, ,則電子將則電子將( )( )A.A.沿路徑沿路徑a a運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng), ,軌跡是圓軌跡是圓B.B.沿路徑沿路徑a a運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng), ,軌跡半徑越來越大軌跡半徑越來越大C.C.沿路徑沿路徑a a

10、運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng), ,軌跡半徑越來越小軌跡半徑越來越小D.D.沿路徑沿路徑b b運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng), ,軌跡半徑越來越小軌跡半徑越來越小B B第24頁/共37頁2.2.如圖所示，正方形容器處在勻強(qiáng)磁場中，一束電子從孔如圖所示，正方形容器處在勻強(qiáng)磁場中，一束電子從孔a a垂垂直于磁場沿直于磁場沿abab方向射入容器中，其中一部分從方向射入容器中，其中一部分從c c孔射出，一部孔射出，一部分從分從d d孔射出，容器處在真空中，下列說法正確的是（孔射出，容器處在真空中，下列說法正確的是（ ）voabcdABDABD第25頁/共37頁A.A.從兩孔射出的電子速率之比是從兩孔射出的電子速率之比是v vc c:v:vd d

11、=2:1=2:1B.B.從兩孔射出的電子在容器中運(yùn)動(dòng)所用的時(shí)間之比是從兩孔射出的電子在容器中運(yùn)動(dòng)所用的時(shí)間之比是t tc c:t:td d=1:2=1:2C.C.從兩孔射出的電子在容器中運(yùn)動(dòng)的加速度大小之比是從兩孔射出的電子在容器中運(yùn)動(dòng)的加速度大小之比是a ac c:a:ad d= =D.D.從兩孔射出的電子在容器中運(yùn)動(dòng)的加速度大小之比是從兩孔射出的電子在容器中運(yùn)動(dòng)的加速度大小之比是a ac c:a:ad d=2:1=2:12 :1第26頁/共37頁3.3.關(guān)于帶電粒子在勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)，下列說關(guān)于帶電粒子在勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)，下列說法中正確的是：法中正確的是：( )( )A

12、.A.帶電粒子沿電場線方向射入，電場力對帶電粒子不做功，帶電粒子沿電場線方向射入，電場力對帶電粒子不做功，粒子動(dòng)能不變粒子動(dòng)能不變B.B.帶電粒子沿垂直電場線方向射入，電場力一定對帶電粒子帶電粒子沿垂直電場線方向射入，電場力一定對帶電粒子做正功，粒子動(dòng)能增加做正功，粒子動(dòng)能增加C.C.帶電粒子沿磁感線方向射入，磁場力對帶電粒子做正功，帶電粒子沿磁感線方向射入，磁場力對帶電粒子做正功，粒子動(dòng)能一定增加粒子動(dòng)能一定增加D.D.不管帶電粒子怎樣射入磁場，磁場力對帶電粒子都不做不管帶電粒子怎樣射入磁場，磁場力對帶電粒子都不做功，粒子動(dòng)能不變功，粒子動(dòng)能不變D D第27頁/共37頁4.4.一個(gè)帶電粒子沿

13、垂直于磁場的方向射入一個(gè)勻強(qiáng)磁場中，一個(gè)帶電粒子沿垂直于磁場的方向射入一個(gè)勻強(qiáng)磁場中，粒子某段軌跡如圖所示，軌跡上的每一小段都可近似粒子某段軌跡如圖所示，軌跡上的每一小段都可近似看成是圓弧看成是圓弧. .由于帶電粒子使沿途的空氣電離，粒子的能量由于帶電粒子使沿途的空氣電離，粒子的能量逐漸減少逐漸減少( (帶電量不變帶電量不變).).從圖中情況可以確定：從圖中情況可以確定：( )( )A.A.粒子從粒子從a a到到b b，帶正電，帶正電B.B.粒子從粒子從b b到到a a，帶正電，帶正電C.C.粒子從粒子從a a到到b b，帶負(fù)電，帶負(fù)電D.D.粒子從粒子從b b到到a a，帶負(fù)電，帶負(fù)電B B

14、第28頁/共37頁5.5.如圖所示，在如圖所示，在x x軸上方有勻強(qiáng)磁場軸上方有勻強(qiáng)磁場B B，一個(gè)質(zhì)量為，一個(gè)質(zhì)量為m m，帶電，帶電量為量為-q-q的的粒子，以速度的的粒子，以速度v v從從O O點(diǎn)射入磁場，點(diǎn)射入磁場，角角已知，粒子已知，粒子重力不計(jì)，求：重力不計(jì)，求：（1 1）粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間）粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間. .（2 2）粒子離開磁場的位置）粒子離開磁場的位置. .（3 3）若粒子的帶電量為）若粒子的帶電量為+q+q，其他條件不變，則粒子離開磁，其他條件不變，則粒子離開磁場的位置在何處？場的位置在何處？第29頁/共37頁類似運(yùn)動(dòng)情況第30頁/共37頁【解析解析】找到其圓

15、心位置，先定性地確定其大概的軌找到其圓心位置，先定性地確定其大概的軌跡，然后由幾何關(guān)系確定圓心角跡，然后由幾何關(guān)系確定圓心角. .弦長與半徑的關(guān)系弦長與半徑的關(guān)系. .此題中有一點(diǎn)要提醒的是：圓心一定在過此題中有一點(diǎn)要提醒的是：圓心一定在過O點(diǎn)且與速點(diǎn)且與速度度v v垂直的一條直線上垂直的一條直線上. .如圖所示如圖所示. (1)r=mv/qB. (1)r=mv/qB，T=2T=2 m/qBm/qB運(yùn)動(dòng)軌跡對應(yīng)圓心角為運(yùn)動(dòng)軌跡對應(yīng)圓心角為2 2 -2-2 ，所以時(shí)間所以時(shí)間t=t=222 T=T=Bqm)(2(2)(2)離開磁場的位置與入射點(diǎn)的距離即為弦長離開磁場的位置與入射點(diǎn)的距離即為弦長s

16、=2rsins=2rsin =2mvsin=2mvsin / /q qB BAO第31頁/共37頁(3)s=2rsin(3)s=2rsin =2mvsin=2mvsin / /q qB.B.故故離開磁場的位置在距離離開磁場的位置在距離O點(diǎn)左側(cè)點(diǎn)左側(cè)2mvsin2mvsin / /q qB B長的地方長的地方. .O2 2 v v+q+q第32頁/共37頁6.6.電子自靜止開始經(jīng)M M、N N兩板間（兩板間的電壓為U U）的電場加速后從A A點(diǎn)垂直于磁場邊界射入寬度為d d的勻強(qiáng)磁場中，電子離開磁場時(shí)的位置P P偏離入射方向的距離為L L，如圖所示. .求勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度. .（已知電子的質(zhì)

17、量為m m，電量為e e）第33頁/共37頁【解析解析】電子在電子在M M、N N間加速后間加速后獲得的速度為獲得的速度為v v，由動(dòng)能定理，由動(dòng)能定理得：得： mvmv2 2-0=eU-0=eU電子進(jìn)入磁場后做勻速圓周運(yùn)電子進(jìn)入磁場后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)其半徑為動(dòng)，設(shè)其半徑為r r，則：，則： evB=mevB=m電子在磁場中的軌跡如圖，由電子在磁場中的軌跡如圖，由幾何關(guān)系得：幾何關(guān)系得：故勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：故勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：21orv2r r2 2=(r-L)=(r-L)2 2+d+d2 2B= B= emUdLL2222+第34頁/共37頁一、帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)平行磁感線進(jìn)入：做勻速直線運(yùn)動(dòng)垂直磁感線進(jìn)入：做勻速圓周運(yùn)動(dòng)qBmvr qBmT2周期：半徑：第35頁/共37頁二、質(zhì)譜儀：研究同位素（測荷質(zhì)比）的裝置由加速電場、速度選擇器、偏轉(zhuǎn)磁場組成三、回旋加速器：使帶電粒子獲得高能量的裝置由D D形盒、高頻交變電場等組成第36頁/共37頁感謝您的觀看！第37頁/共37頁