人教高中物理《帶電粒子在勻強磁場中的運動》課件

新課標高中物理選修3-1第三章

磁場第一節(jié)帶電粒子在勻強磁場的中的運動

第一頁，共31頁?！睿仡櫯c思考……1、什么是洛倫茲力？方向怎樣判定？安培力洛倫茲力宏觀表現微觀實質2、帶電粒子在磁場中是否一定受洛倫茲力？+VBF洛討論：①當：V⊥BF洛＝qVB②當：V=0

F洛=0V∥B

F洛=03、帶電粒子進入勻強磁場中會做什么運動呢？（重力不計）第二頁，共31頁。一、帶電粒子在勻強磁場中的運動1、運動的軌跡：

問題1：帶電粒子平行射入勻強磁場的運動狀態(tài)？（重力不計）Bv

當v∥B時F洛=0

（電荷不受洛侖茲力作用）帶電粒子做：勻速直線運動。第三頁，共31頁。一、帶電粒子在勻強磁場中的運動1、運動的軌跡：

問題2：帶電粒子垂直射入勻強磁場的運動狀態(tài)？（重力不計）①速度V垂直于磁場B②只受洛倫茲力0vF

帶電粒子做：勻速圓周運動。第四頁，共31頁。洛倫茲力演示儀電子槍加速電壓勵磁線圈SN勵磁電流第五頁，共31頁。①洛倫茲力演示儀

工作原理：由電子槍發(fā)出的電子射線可以使管的低壓水銀蒸汽發(fā)出輝光，顯示出電子的徑跡。

兩個平行的通電環(huán)形線圈可產生沿軸線方向的勻強磁場。第六頁，共31頁。②觀察實驗：

不加磁場：電子束徑跡是直線帶電粒子在勻強用場中運動軌跡

加磁場：電子束徑跡是圓周。（洛倫茲力提供向心力）B變大、V定：電子束徑跡半徑變小B定、V變大：電子束徑跡半徑變大第七頁，共31頁。2、軌道半徑和周期……

思考與討：一帶電量為－q，質量為m，速度為v的帶電粒子垂直進入磁感應強度為B的勻強磁場中，其半徑r和周期T為多大？（1）軌道半徑（如何推導？）0vF洛倫茲力提供向心力：

vBqF=洛rvm2=r=mvqB半徑：

在勻強磁場中做勻速圓周運動的帶電粒子，軌道半徑跟運動速率成正比。第八頁，共31頁。2、軌道半徑和周期……

思考與討：一帶電量為－q，質量為m，速度為v的帶電粒子垂直進入磁感應強度為B的勻強磁場中，其半徑r和周期T為多大？（2）周期（如何推導？）0vFqBmvrTpp22==r=mvqB半徑：

周期跟軌道半徑和運動速率均無關。周期:第九頁，共31頁。

【例題1】勻強磁場中，有兩個電子分別以速率v和2v沿垂直于磁場方向運動，哪個電子先回到原來的出發(fā)點？-ev2v-eBT=2πm/eB

運動周期和電子的速率無關，兩個電子同時回到原來的出發(fā)點。兩個電子軌道半徑如何？

軌道半徑與粒子射入的速度成正比。第十頁，共31頁。

【習題2】如圖所示，在加有勻強磁場的區(qū)域中，一垂直于磁場方向射入的帶電粒子，其間通過絕緣板，（無電量損失）軌跡如圖所示，從圖中可以看出：（）

A．帶電粒子帶正電，是從B點射入的

B．帶電粒子帶負電，是從B點射入的

C．帶電粒子帶負電，是從A點射入的

D．帶電粒子帶正電，是從A點射入的BAr=mvqB半徑：

帶電粒子穿過絕緣板后動能減少，速度減小。由

半徑必減小，故粒子從右向左運動。C周期有無變化？第十一頁，共31頁。

【例題1】同一種帶電粒子以不同的速度垂直磁場邊界、垂直磁感線射入勻強磁場中，其運動軌跡如圖所示，則可知：（1）帶電粒子進入磁場的速度值有幾個？（2）這些速度大小關系如何？（3）三束粒子從O點出發(fā)分別到達1、2、3點所用的時間關系如何？O123V解析：因r3>r2>r1（1）3個（2）v1<v2<v3r=mvqB半徑：qBmvrTpp22==（3）t1=t2=t3第十二頁，共31頁。

【例題2】一個質量為m、電荷量為q的粒子，從容器下方的小孔S1飄入電勢差為U的加速電場，其初速度幾乎為零，然后經過S3沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度為B的勻強磁場中，最后打到照相底片D上。（重力不計）（1）求粒子進入磁場時的速率;

（2）求粒子在磁場中運動的軌道半徑。mqUvqUmv2212==22qBmUqBmvr==測量帶電粒子的質量或比荷分析同位素第十三頁，共31頁。質譜儀阿斯頓：他用質譜儀發(fā)現了同位素氖20和氖22第十四頁，共31頁。(3)圓形邊界(沿徑向射入必沿徑向射出，如圖3所示)第十五頁，共31頁。(1)直線邊界(進出磁場具有對稱性，如圖1所示)

圖1(2)平行邊界(存在臨界條件，如圖2所示)圖2第十六頁，共31頁。如圖,虛線上方存在無窮大磁場，帶正電質量m、電量q的粒子以速度v沿與虛線成600、900、1200、1800角分別射入，請你作出幾種情況下粒子軌跡、并求其在磁場中運動的時間t。有界磁場粒子在磁場中做圓周運動的對稱規(guī)律:從同一直線邊界射入的粒子，從同一邊界射出時，速度與邊界的夾角相等。第十七頁，共31頁。（3）粒子在同一個D形盒中相鄰兩條軌道半徑比?阿斯頓：他用質譜儀發(fā)現了同位素氖20和氖22隨著粒子速度的增大，走過半圓所需時間越短？（2）周期（如何推導？）不加磁場：電子束徑跡是直線2、軌道半徑和周期……帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的條件？軌道半徑與粒子射入的速度成正比。123在勻強磁場中做勻速圓周運動的帶電粒子，軌道半徑跟運動速率成正比。測量帶電粒子的質量或比荷2、帶電粒子在磁場中是否一定受洛倫茲力？兩D形盒中有勻強磁場無電場，磁場使粒子回旋。對撞機"開足馬力"后，能把數以百萬計的粒子加速至將近每秒鐘30萬公里，相當于光速的99.（１）已知入射方向和出射方向，可以通過入射點和出射點分別作垂直與入射方向和出射方向的直線，兩條直線的交點就是圓弧軌道的圓心。(2)電子在磁場中的運動時間t=?思考與討：一帶電量為－q，質量為m，速度為v的帶電粒子垂直進入磁感應強度為B的勻強磁場中，其半徑r和周期T為多大？（2）求粒子在磁場中運動的軌道半徑。隨著徑跡半徑的增大，走過半圓所需時間越多？【例題1】同一種帶電粒子以不同的速度垂直磁場邊界、垂直磁感線射入勻強磁場中，其運動軌跡如圖所示，則可知：入射角600時:O入射角1200時:O第十八頁，共31頁。入射角900時:O入射角1800時:O第十九頁，共31頁。例3:如圖，一束電子（電量為e)以速度V垂直射入磁感應強度為B、寬度為d的勻強磁場，穿透磁場時的速度與電子原來的入射方向的夾角為300。求:(1)電子的質量m=?

(2)電子在磁場中的運動時間t=?dBeθvO1.找圓心2.定半徑3.確定運動時間利用v⊥R利用弦的中垂線幾何法求半徑R向心力公式求半徑RT=Tθ（θ用弧度表示）第二十頁，共31頁?；匦铀倨髦本€加速器+-+-~第二十一頁，共31頁。兩D形盒中有勻強磁場無電場，磁場使粒子回旋。兩D形盒間縫隙有交變電場無磁場，電場使粒子加速?；匦铀倨麟S著粒子速度的增大，走過半圓所需時間越短？隨著徑跡半徑的增大，走過半圓所需時間越多？第二十二頁，共31頁。1.磁場中做圓周運動,周期不變.每一個周期加速幾次？2.電場的變化周期有何規(guī)律？一個周期方向變化幾次？3.粒子加速的最大速度由何決定？

（注意：電場加速過程中,時間極短,可忽略.）回旋加速器第二十三頁，共31頁。在勻強磁場中做勻速圓周運動的帶電粒子，軌道半徑跟運動速率成正比。兩個平行的通電環(huán)形線圈可產生沿軸線方向的勻強磁場。帶電粒子在勻強用場中運動軌跡隨著粒子速度的增大，走過半圓所需時間越短？B變大、V定：電子束徑跡半徑變小不加磁場：電子束徑跡是直線(3)圓形邊界(沿徑向射入必沿徑向射出，如圖3所示)隨著粒子速度的增大，走過半圓所需時間越短？(3)圓形邊界(沿徑向射入必沿徑向射出，如圖3所示)（1）帶電粒子進入磁場的速度值有幾個？粒子在磁場中做圓周運動的對稱規(guī)律:從同一直線邊界射入的粒子，從同一邊界射出時，速度與邊界的夾角相等。不加磁場：電子束徑跡是直線問題2：帶電粒子垂直射入勻強磁場的運動狀態(tài)？（重力不計）兩D形盒間縫隙有交變電場無磁場，電場使粒子加速。隨著粒子速度的增大，走過半圓所需時間越短？帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的條件？V∥BF洛=0一、帶電粒子在勻強磁場中的運動對撞機"開足馬力"后，能把數以百萬計的粒子加速至將近每秒鐘30萬公里，相當于光速的99.帶電粒子做：勻速圓周運動。例1：回旋加速器中磁場的磁感應強度為B。D形盒直徑為d，用該回旋加速器加速質量為m,電量為q的粒子,設粒子加速前的初速度為零。求：（1）粒子的回轉周期是多大？高頻電極周期為多大？（2）粒子的最大速度、最大動能各是多大？（3）粒子在同一個D形盒中相鄰兩條軌道半徑比?第二十四頁，共31頁。歐核中心？歐核中心的大型強子對撞機（LHC）是迄今為止世界上規(guī)模最大的粒子對撞機。對撞機"開足馬力"后，能把數以百萬計的粒子加速至將近每秒鐘30萬公里，相當于光速的99.9999991%，能夠產生14TeV對撞能量。對撞機周長有27公里，粒子流每秒可在周長為26.659公里的隧道內狂飆11245圈。（299780.455公里）第二十五頁，共31頁。本節(jié)小結:

帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的條件？◆.條件：①.粒子只受洛倫茲力;②.粒子的v⊥BB——勻強磁場.BV

q>0F洛Rq<0◆.特征方程：------洛倫茲力提供向心力.vBqf=洛Rvm2=R=mvqB半徑：周期:qBmvRTpp22==★.T與v、R無關.第二十六頁，共31頁?！睿畮щ娏Ｗ幼鰣A周運動的分析方法

——圓心的確定……

（１）已知入射方向和出射方向，可以通過入射點和出射點分別作垂直與入射方向和出射方向的直線，兩條直線的交點就是圓弧軌道的圓心。V0PMOV第二十七頁，共31頁。

變化1：在上題中若電子的電量e，質量m，磁感應強度B及寬度d已知，若要求電子不從右邊界穿出，則初速度V0有什么要求？Bev0dB

小結：臨界問題的分析方法

1、理解軌跡的變化（從小到大）

2、找臨界狀態(tài)：（切線夾角平分線找圓心）第二十八頁，共31頁。變化2：若初速度向下與邊界成

α=600，則初速度有什么要求？第二十九頁，共31頁。變化3：若初速度向上與邊界成