（帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)）物理選修3-1教學(xué)課件

1、講解人：精品課件 時(shí)間：2020.5.20MENTAL HEALTH COUNSELING PPT第6節(jié) 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)第三章 磁場人教版高中物理選修3-1第一頁，共二十一頁。課堂導(dǎo)入美國費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的回旋加速器直徑長達(dá)2km，那么回旋加速器的直徑為什么要這么大呢？第二頁，共二十一頁。1.理論探究問題：判斷下圖中帶電粒子（電量q，重力不計(jì)）所受洛倫茲力的大小方向及運(yùn)動(dòng)性質(zhì).勻速直線運(yùn)動(dòng)F=qvBF=0猜想：勻速圓周運(yùn)動(dòng)？一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)第三頁，共二十一頁。V-F洛V-F洛V-F洛V-F洛洛倫茲力只起向心力的作用，所以只在洛侖茲力的作用下，帶電粒子將作勻速圓周運(yùn)動(dòng).推理驗(yàn)

2、證洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功，使得粒子速度的大小不變，所以洛倫茲力大小也不改變；而且洛倫茲力總與速度方向垂直，正好起到了向心力的作用.一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)第四頁，共二十一頁。進(jìn)一步探究一帶電量為q質(zhì)量為m速度為v的帶電粒子,垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，試推導(dǎo)其作圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期分別是多大？說明:(1)軌道半徑與粒子的運(yùn)動(dòng)速率成正比.(2)周期與圓半徑及運(yùn)動(dòng)速率均無關(guān).一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)第五頁，共二十一頁。亥姆霍茲線圈電 子槍磁場強(qiáng)弱選擇擋（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連線的勻強(qiáng)磁場.加速電場：改變電

3、子束射出的速度.電子槍：射出電子.2.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)第六頁，共二十一頁。（2）實(shí)驗(yàn)演示不加磁場時(shí)觀察電子束的徑跡.給勵(lì)磁線圈通電，觀察電子束的徑跡.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.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.一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)第七頁，共二十一頁。洛倫茲力演示儀一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)第八頁，共二十一頁。（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).磁感應(yīng)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，磁感應(yīng)強(qiáng)度增大，軌道半徑減小.【歸納總結(jié)

4、】一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)第九頁，共二十一頁。格雷塞爾氣泡室顯示的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)徑跡一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)有的粒子運(yùn)動(dòng)過程中能量降低，速度減小，徑跡就呈螺旋形.第十頁，共二十一頁?！纠?】.如圖所示，一束電子（電量為e）以速度v垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，寬度為d的勻強(qiáng)磁場中，穿透磁場時(shí)速度方向與電子原來入射方向的夾角是30，則電子的質(zhì)量是 ，穿透磁場的時(shí)間是 .典型例題第十一頁，共二十一頁?！纠?】.長為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，板間距離也為L，板不帶電，現(xiàn)有質(zhì)量為m，電量為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

5、以速度v水平射入磁場，欲使粒子不打在極板上，可采用的辦法是：（ AB ）A使粒子的速度vC使粒子的速度vD使粒子的速度典型例題第十二頁，共二十一頁。1.質(zhì)譜儀是測量帶電粒子質(zhì)量和分析同位素(測比荷）的工具2.半徑的推導(dǎo)可見半徑不同則比荷不同，就意味著它們是不同的粒子.二、探究質(zhì)譜儀的原理第十三頁，共二十一頁。(一）直線加速器缺陷：直線加速器占有的空間范圍大，在有限的空間范圍內(nèi)制造直線加速器受到一定的限制由動(dòng)能定理得帶電粒子經(jīng)n極電場加速后增加的動(dòng)能為：三、回旋加速器的原理第十四頁，共二十一頁。1.結(jié)構(gòu)： (1)兩個(gè)D形盒及兩個(gè)大磁極 (2)D形盒間的窄縫 (3)高頻交流電（二）回旋加速器三、回

6、旋加速器的原理第十五頁，共二十一頁。2.原理（1）電場的作用：使粒子加速 （2）磁場的作用：使粒子回旋 （3）交變電壓：保證帶電粒子 每次經(jīng)過窄縫時(shí)都被加速思考：粒子不斷加速，它的速度和半徑都在不斷增大，為了滿足同步條件，電源的頻率也要相應(yīng)發(fā)生變化嗎？ 不需變化，因?yàn)閹щ娏Ｗ釉趧驈?qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)周期 ，與運(yùn)動(dòng)速率無關(guān).三、回旋加速器的原理第十六頁，共二十一頁?；匦铀倨鞯脑矸治鋈?、回旋加速器的原理第十七頁，共二十一頁。問題1：已知D形盒的直徑為D，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，交變電壓的電壓為U，求:(1)從出口射出時(shí)，粒子的動(dòng)能Ek=? (2)要增大粒子的最大動(dòng)能可采取哪些措施?DV=？UB典型例題第十八頁，共二十一頁。問題2：D越大，EK越大，是不是只要D不斷增大，EK 就可以無限制增大呢?實(shí)際并非如此這是因?yàn)楫?dāng)粒子的速率大到接近光速時(shí)，按照相對(duì)論原理，粒子的質(zhì)量將隨速率增大而明顯地增加，從而使粒子的回旋周期也隨之變化，這就破壞了加速器的同步條件典型例題第十九頁，共二十一頁。帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)vBvB應(yīng)用勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)回旋加速器原理：半徑：周期：電場加速磁