帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1.ppt

1、第三章磁場(chǎng),第六節(jié)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),教學(xué)目標(biāo),（一）知識(shí)與技能 1、知道什么是洛倫茲力.利用左手定則判斷洛倫茲力的方向. 2、知道洛倫茲力大小的推理過(guò)程. 3、掌握垂直進(jìn)入磁場(chǎng)方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計(jì)算. 4、了解v和B垂直時(shí)的洛倫茲力大小及方向判斷.理解洛倫茲力對(duì)電荷不做功. 5、了解電視顯像管的工作原理 （二）過(guò)程與方法 通過(guò)觀(guān)察，形成洛倫茲力的概念，同時(shí)明確洛倫茲力與安培力的關(guān)系(微觀(guān)與宏觀(guān))，洛倫茲力的方向也可以用左手定則判斷。通過(guò)思考與討論，推導(dǎo)出洛倫茲力的大小公式F=qvBsin。最后了解洛倫茲力的一個(gè)應(yīng)用電視顯像管中的磁偏轉(zhuǎn)。,（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀(guān) 引導(dǎo)學(xué)

2、生進(jìn)一步學(xué)會(huì)觀(guān)察、分析、推理，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和研究方法。讓學(xué)生認(rèn)真體會(huì)科學(xué)研究最基本的思維方法:“推理假設(shè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”。 二、重點(diǎn)與難點(diǎn)： 重點(diǎn)：1.利用左手定則會(huì)判斷洛倫茲力的方向. 2.掌握垂直進(jìn)入磁場(chǎng)方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計(jì)算. 這一節(jié)承上(安培力)啟下(帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng))，是本章的重點(diǎn) 難點(diǎn)：1.洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功. 2.洛倫茲力方向的判斷. 三、教具：電子射線(xiàn)管、高壓電源、磁鐵、多媒體,帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(1),第課時(shí),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(lái)判定,磁場(chǎng)中的帶電粒子一般可分為兩類(lèi)：,1、帶電的基本粒子：如電子，質(zhì)子，粒子

3、，正負(fù)離子等。這些粒子所受重力和洛侖磁力相比在小得多，除非有說(shuō)明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。（但并不能忽略質(zhì)量）。,2、帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有說(shuō)明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。,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和方向：,一、運(yùn)動(dòng)形式,1、勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。,2、,?,如果帶電粒子射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí),初速度方向與磁場(chǎng)方向垂直,粒子僅在洛倫茲力的作用下將作什么運(yùn)動(dòng)?,1、圓周運(yùn)動(dòng)的半徑,2、圓周運(yùn)動(dòng)的周期,思考：周期與速度、半徑什么關(guān)系？,粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)有一夾角 （大于0度小于90度）軌跡為螺線(xiàn),帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況研究,1、找圓心：方法 2

4、、定半徑： 3、確定運(yùn)動(dòng)時(shí)間：,注意：用弧度表示,例：垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)僅限于寬度為d的條形區(qū)域內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B一個(gè)質(zhì)量為m、電量為q的粒子以一定的速度垂直于磁場(chǎng)邊界方向從點(diǎn)垂直飛入磁場(chǎng) 區(qū)，如圖所示，當(dāng)它飛 離磁場(chǎng)區(qū)時(shí)，運(yùn)動(dòng)方向 偏轉(zhuǎn)角試求粒子的 運(yùn)動(dòng)速度v以及在磁場(chǎng)中 運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t,例題 一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子，從容器下方的小孔S1飄入電勢(shì)差為U的加速電場(chǎng)，其初速度幾乎為零，然后經(jīng)過(guò)S3沿著與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，最后打到照相底片D上。 （1）求粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速率。 （2）求粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑。,質(zhì)譜儀,通過(guò)測(cè)出粒子圓周運(yùn)動(dòng)的半徑，計(jì)算粒子的

5、比荷或質(zhì)量及分析同位素的儀器.,練習(xí)2 氘核和粒子，從靜止開(kāi)始經(jīng)相同電場(chǎng)加速后，垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)作圓周運(yùn)動(dòng).則這兩個(gè)粒子的動(dòng)能之比為多少？軌道半徑之比為多少？周期之比為多少？,練習(xí)1如圖，一束具有各種速率的帶正一個(gè)元電荷的兩種銅離子質(zhì)量分別為m1和m2 ,水平地經(jīng)小孔S進(jìn)入有互相垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)的區(qū)域，其中磁場(chǎng)、電場(chǎng)方向如圖，只有那些路徑不發(fā)生偏轉(zhuǎn)的離子才能通過(guò)另一小孔進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，此后兩種離子將沿不同路徑做圓周運(yùn)動(dòng),到達(dá)底片P時(shí)兩離子間距為d，求此d值。 已知：E=1.00 105V/m B=0.40T B=0.50T m1=63 1.66 10-27kg m2=65 1.66

6、 10-27kg,2、如圖所示，在半徑為R 的圓的范圍內(nèi)，有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直圓所在平面向里一帶負(fù)電的質(zhì)量為m電量為q粒子，從A點(diǎn)沿半徑AO的方向射入，并從C點(diǎn)射出磁場(chǎng)AOC120o則此粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)行的時(shí)間t_ (不計(jì)重力),1、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(chǎng)，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300。求 : (1) 電子的質(zhì)量m=? (2) 電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=?,練習(xí)教材P102頁(yè)第1,2,3,帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(2),第課時(shí),1、圓周運(yùn)動(dòng)的半徑,2、圓周運(yùn)動(dòng)的周期,思考：周期與速度、半徑什么關(guān)系？,復(fù)習(xí)回顧,帶電

7、粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況研究,1、找圓心：方法 2、定半徑： 3、確定運(yùn)動(dòng)時(shí)間：,注意：用弧度表示,例:如圖所示，在第一象限有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一個(gè)質(zhì)量為m，帶電量為+q的粒子以速度v從O點(diǎn)射入磁場(chǎng)，角已知，求粒子在磁場(chǎng)中飛行的時(shí)間和飛離磁場(chǎng)的位置（粒子重力不計(jì)）,直線(xiàn)加速器,粒子在每個(gè)加速電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等，因?yàn)榻蛔冸妷旱淖兓芷谙嗤?回旋加速器,2回旋加速器,回旋加速器,兩D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)。,電場(chǎng)使粒子加速，磁場(chǎng)使粒子回旋。,粒子回旋的周期不隨半徑改變。讓電場(chǎng)方向變化的周期與粒子回旋的周期一致，從而保證粒子始終被加速。,練習(xí)：回旋加速器中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為

8、B，D形盒的直徑為d，用該回旋加速器加速質(zhì)量為m、電量為q的粒子，設(shè)粒子加速前的初速度為零。求：,（1） 粒子的回轉(zhuǎn)周期是多大？,（2）高頻電極的周期為多大？,（3） 粒子的最大速度最大動(dòng)能各是多大？,（4） 粒子在同一個(gè)D形盒中相鄰兩條軌道半徑之比,在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng),周期不變 每一個(gè)周期加速兩次 電場(chǎng)的周期與粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)周期相同 電場(chǎng)一個(gè)周期中方向變化兩次 粒子加速的最大速度由盒的半徑?jīng)Q定 電場(chǎng)加速過(guò)程中,時(shí)間極短,可忽略,結(jié)論,.關(guān)于回旋加速器的工作原理，下列說(shuō)法正確的是：,(A),霍爾效應(yīng),I=neSv=nedhv,eU/h=evB,U=IB/ned=kIB/d,k是霍爾系數(shù)

9、,練習(xí)（2000理科綜合）如圖所示厚度為h，寬度為d的導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場(chǎng)中，當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)體板時(shí)，在導(dǎo)體板的上側(cè)面A和下側(cè)面A之間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差這種現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)，電勢(shì)差U、電流I和B的關(guān)系為U=kIB/d 式中的比例系數(shù)K稱(chēng)為霍爾系數(shù) 霍爾效應(yīng)可解釋如下：外部磁場(chǎng)的洛侖茲力使運(yùn)動(dòng)的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè)，在導(dǎo)體板的另一側(cè)會(huì)出現(xiàn)多余的正電荷，從而形成橫向電場(chǎng)橫向電場(chǎng)對(duì)電子施加與洛侖茲力方向相反的靜電力當(dāng)靜電力與洛侖茲力達(dá)到平衡時(shí)，導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間就會(huì)形成穩(wěn)定的電勢(shì)差。設(shè)電流I是電子的定向流動(dòng)形成的，電子的平均定向速度為v， 電量為e回答下列問(wèn)題

10、：,（1）達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)體板上側(cè)面A的電勢(shì) 下側(cè)面A的電勢(shì)（填：高于、低于或等于）。 (2)電子所受的洛侖茲力的大小為 。 (3)當(dāng)導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間的電勢(shì)差為U時(shí)，電子所受靜電力的大小為 。 (4)由靜電力和洛侖茲力平衡的條件，證明霍爾系數(shù)為k=1/ne其中n代表導(dǎo)體板單位體積中電子的個(gè)數(shù),導(dǎo)學(xué)P98頁(yè)第21題,帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(3),第課時(shí),帶電粒子在無(wú)界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),F洛=0 勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),F洛=Bqv 勻速圓周運(yùn)動(dòng),F洛=Bqv 等距螺旋（090）,在只有洛侖茲力的作用下,帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況研究,1、找圓心：方法 2、定半徑： 3、確定運(yùn)動(dòng)時(shí)間：,注意：用弧度表

11、示,1、物理方法：,作出帶電粒子在磁場(chǎng)中兩個(gè)位置所受洛侖茲力，沿其方向延長(zhǎng)線(xiàn)的交點(diǎn)確定圓心，從而確定其運(yùn)動(dòng)軌跡。,2、物理和幾何方法：,作出帶電粒子在磁場(chǎng)中某個(gè)位置所受洛侖茲力，沿其方向的延長(zhǎng)線(xiàn)與圓周上兩點(diǎn)連線(xiàn)的中垂線(xiàn)的交點(diǎn)確定圓心，從而確定其運(yùn)動(dòng)軌跡。,3、幾何方法：,圓周上任意兩點(diǎn)連線(xiàn)的中垂線(xiàn)過(guò)圓心圓周上兩條切線(xiàn)夾角的平分線(xiàn)過(guò)圓心過(guò)切點(diǎn)作切線(xiàn)的垂線(xiàn)過(guò)圓心,1.如圖，虛線(xiàn)上方存在無(wú)窮大的磁場(chǎng)，一帶正電的粒子質(zhì)量m、電量q、若它以速度v沿與虛線(xiàn)成300、600、900、1200、1500、1800角分別射入，請(qǐng)你作出上述幾種情況下粒子的軌跡、并求其在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。,有界磁場(chǎng)問(wèn)題：,入射角300時(shí),入射角1500時(shí),粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱(chēng)規(guī)律： 從同一直線(xiàn)邊界射入的粒子，從同一邊界射出時(shí)，速度與邊界的夾角相等。,1、兩個(gè)對(duì)稱(chēng)規(guī)律：,臨界問(wèn)題,例：長(zhǎng)為L(zhǎng)的水平極板間，有垂直紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖所示，磁感強(qiáng)度為B，板間距離也為L(zhǎng)，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(xiàn)以速度v水平射入磁場(chǎng)，欲使粒子不打在