【人教版】選修（3-1）36《帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》

1、第六節(jié)第六節(jié) 帶電粒子在帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)第三章第三章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)：1、洛倫茲力產(chǎn)生的條件？、洛倫茲力產(chǎn)生的條件？2、洛倫茲力的大小和方向如何確定？、洛倫茲力的大小和方向如何確定？3、洛倫茲力有什么特點(diǎn)？、洛倫茲力有什么特點(diǎn)？射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的帶電粒子將做怎樣射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的帶電粒子將做怎樣的運(yùn)動(dòng)呢？的運(yùn)動(dòng)呢？思考：思考：一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子平行射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？ （重力不計(jì)）問(wèn)題問(wèn)題1：?jiǎn)栴}問(wèn)題2： 帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)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、理論推導(dǎo)、理論推導(dǎo)v vB B（

2、1 1） 時(shí)時(shí) ，洛倫茲力的方向與速度方，洛倫茲力的方向與速度方向向（2 2）帶電粒子僅在洛倫茲力的作用下，粒）帶電粒子僅在洛倫茲力的作用下，粒子的速率變化么？能量呢？子的速率變化么？能量呢？（3 3）洛倫茲力如何變化？）洛倫茲力如何變化？（4 4）從上面的分析，你認(rèn)為垂直于勻強(qiáng)磁）從上面的分析，你認(rèn)為垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向射入的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的場(chǎng)方向射入的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何？運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何？垂直垂直理論推導(dǎo)理論推導(dǎo)沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)的帶電沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)粒子，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題問(wèn)題3：推導(dǎo)粒子在勻強(qiáng)磁

3、場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓推導(dǎo)粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓半徑半徑r r和運(yùn)動(dòng)周期和運(yùn)動(dòng)周期T T，與粒子的速度，與粒子的速度v v和磁場(chǎng)和磁場(chǎng)的強(qiáng)度的強(qiáng)度B B的關(guān)系表達(dá)式的關(guān)系表達(dá)式1）、圓周運(yùn)動(dòng)的半徑）、圓周運(yùn)動(dòng)的半徑mvRqB2）、圓周運(yùn)動(dòng)的周期）、圓周運(yùn)動(dòng)的周期2 mTqB2vqvBmR2 RTv2、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（1）洛倫茲力演示儀）洛倫茲力演示儀勵(lì)磁線圈（亥姆霍茲線圈）：作用勵(lì)磁線圈（亥姆霍茲線圈）：作用是能在兩線圈之間產(chǎn)生平行于兩線圈是能在兩線圈之間產(chǎn)生平行于兩線圈中心的連線的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中心的連線的勻強(qiáng)磁場(chǎng)加速電場(chǎng)：作用是改變電子束出射加速電場(chǎng)：作用是改變電子束出射的速度的

4、速度電子槍?zhuān)荷涑鲭娮与娮訕專(zhuān)荷涑鲭娮樱?）實(shí)驗(yàn)演示）實(shí)驗(yàn)演示a a、不加磁場(chǎng)時(shí)觀察電子束的徑跡、不加磁場(chǎng)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、給勵(lì)磁線圈通電，觀察電子束的徑跡c c、保持初射電子的速度不變，改變磁感應(yīng)強(qiáng)、保持初射電子的速度不變，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、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度，觀察電子束徑跡的變化（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)論）實(shí)驗(yàn)結(jié)論沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，粒子射入的速度增加，軌道半徑也增大。粒

5、子射入速度不變，磁場(chǎng)強(qiáng)度增大，軌道半徑減小。dBev例例1 1、如圖所示，一束電子（電量為、如圖所示，一束電子（電量為e)e)以速度以速度V V垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B B、寬度為、寬度為d d的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，穿透磁場(chǎng)時(shí)的速度與電子原來(lái)的入射方向的夾穿透磁場(chǎng)時(shí)的速度與電子原來(lái)的入射方向的夾角為角為30300 0。求。求 : (1) : (1) 電子的質(zhì)量電子的質(zhì)量m=? (2) m=? (2) 電子在電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=?t=?提示:關(guān)鍵是畫(huà)出勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡,利用幾何知識(shí)找出圓心及相應(yīng)的半徑,從而找到圓弧所對(duì)應(yīng)的圓心角2dBe/v d/3v例

6、例2.2.一個(gè)質(zhì)量為一個(gè)質(zhì)量為m m、電荷量為、電荷量為q q的粒子的粒子, ,從容器從容器下方的小孔下方的小孔S S1 1飄入電勢(shì)差為飄入電勢(shì)差為U U的加速電場(chǎng)的加速電場(chǎng), ,其初速度其初速度幾乎為零幾乎為零, ,然后經(jīng)過(guò)然后經(jīng)過(guò)S S3 3沿著與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入沿著與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁感應(yīng)強(qiáng)度為B B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中, ,最后打到照相底片最后打到照相底片D D上上. .(1)(1)求粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速率求粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速率(2)(2)求粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑求粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑qmUBr21mqUv2（一）、質(zhì)譜儀（一）、質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀.swf測(cè)

7、量帶電粒子的質(zhì)量測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量分析同位素分析同位素二、實(shí)際應(yīng)用二、實(shí)際應(yīng)用（二）、回旋加速器（二）、回旋加速器1、作用：產(chǎn)生高速運(yùn)動(dòng)的粒子、作用：產(chǎn)生高速運(yùn)動(dòng)的粒子2、原理、原理回旋加速器的原理回旋加速器的原理.asx1）、兩）、兩D形盒中有勻強(qiáng)磁場(chǎng)無(wú)電場(chǎng)，形盒中有勻強(qiáng)磁場(chǎng)無(wú)電場(chǎng)，盒間縫隙有交變電場(chǎng)。盒間縫隙有交變電場(chǎng)。2）、交變電場(chǎng)的周期等于粒子做勻速）、交變電場(chǎng)的周期等于粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期。圓周運(yùn)動(dòng)的周期。3）、粒子最后出加速器的速度大小由盒的半徑?jīng)Q定。）、粒子最后出加速器的速度大小由盒的半徑?jīng)Q定。3、注意、注意1 1、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期 跟跟運(yùn)動(dòng)速率和軌道半徑無(wú)關(guān)，對(duì)于一定的帶電粒子和運(yùn)動(dòng)速率和軌道半徑無(wú)關(guān)，對(duì)于一定的帶電粒子和一定的磁感應(yīng)強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，這個(gè)周期是恒定的。一定的磁感應(yīng)強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，這個(gè)周期是恒定的。2 mTqB2、交變電場(chǎng)的往復(fù)變化周期和粒子的運(yùn)動(dòng)周期T相同，這樣就可以保證粒子在每次經(jīng)過(guò)交變電場(chǎng)時(shí)都被加速。3、由于狹義相對(duì)論的限制，回旋加速器只能把粒子加速到一定的能量。例例3.關(guān)于回旋加速器中電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用的關(guān)于回旋加速器中電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用的敘述，正確的是敘述，正確的是( )A、電場(chǎng)和磁場(chǎng)都對(duì)帶電粒子起加速作用、電場(chǎng)和磁場(chǎng)都對(duì)帶電粒子起加