人教版《带电粒子在匀强磁场中的运动》名师1课件

書式設定, 書式設定,第 2 ,第 3 ,第 4 ,第 5 ,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级, 書式設定, 書式設定,第 2 ,第 3 ,第 4 ,第 5 ,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,3.6,带电粒子在匀强磁场中的运动,物理新人教版选修,3-1,3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动物理新人教版选修3-1,亥姆霍兹线圈,电 子 枪,磁场强弱选择挡,加速电压选择挡,洛伦兹力演示器,亥姆霍兹线圈电 子 枪磁场强弱选择挡加速电压选,一,.,带电粒子在匀强磁场中的运动,当带电粒子,q,以速度,v,垂直进入匀强磁场中，它将做什么运动,?,带电粒子将在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动 。,一.带电粒子在匀强磁场中的运动 当带电粒子q以速度,速度大小不变，而方向随时间变化。,周期,T,与运动速度及运动半径无关。,速度大小不变，而方向随时间变化。 周期T与运动速度及运,通过威尔逊云室显示的正负电子在匀强磁场中的运动径迹,通过威尔逊云室显示的正负电子在匀强磁场中的运动径迹,通过格雷塞尔气泡室显示的带电粒子在匀强磁场中的运动径迹,通过格雷塞尔气泡室显示的带电粒子在匀强磁场中的运动径,例,1,三种粒子 、 ，它们以相同速度垂直进入同一匀强磁场，求它们的轨道半径之比、周期之比,1:2,：,2,1:2,：,2,例1 三种粒子 、 ，它们以相同速度,例、,一有界的正方形匀强磁场区域，从,a,点以不同的速度水平射入两完全相同的带电粒子，一个从,c,点垂直,cd,射出，一个从,d,点射出，则从,c,、,d,两点射出的粒子的速度之比,； 在磁场中的运动时间之比,;,加速度之比是,.,d,a,b,c,21,12,21,例、一有界的正方形匀强磁场区域，从a点以不同的速度水平射入两,求在有界磁场中的运动时间：,运动时间与圆心角成正比。,当粒子运动的圆弧所对的圆心角为,时,其运动时间为,求在有界磁场中的运动时间：运动时间与圆心角成正比。当粒子运动,例、,ab,和,cd,是匀强磁场两条平行直线,.,在,O,点将同种带电粒子以不同初速度发射出去，初速度方向均沿,ob,方向。其中粒子,1,在通过直线,cd,时，速度为,v,1,，方向与,cd,垂直；粒子,2,在通过直线,cd,时，速度为,v,2,，方向与,cd,夹角为,60.,从射出到经过直线,cd,，粒子经历时间分别为,t,1,、,t,2,，则：,t,1,t,2,=,?,32,例、ab和cd是匀强磁场两条平行直线.在O点将同种带电粒子以,圆心一定在与速度方向垂直的直线上,1),可以通过入射点和出射点作垂直于速度方向的直线,交点就是轨迹的圆心,.,带电粒子做匀速圆周运动圆心的确定,2),可以通过入射点作入射方向的垂线,连接入射点和出射点,作其连线的中垂线,交点就是圆弧的圆心,.,圆心一定在与速度方向垂直的直线上1)可以通过入射点和出射点作,3),在圆周与割线的两个交点上速度与割线的夹角相等,.,A,v,B,v,、,3)在圆周与割线的两个交点上速度与割线的夹角相等.AvBv,例题：一个质量为,m,、电荷量为的粒子，从容器下方的小孔,S,1,飘入电势差为的加速电场，然后经过,S,3,沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为的匀强磁场中，最后打到照相底片上求：,（）求粒子进入磁场时的速率,（）求粒子在磁场中运动的轨道半径,(1),粒子在,S,1,区做什么运动,?,(2),在,S,2,区做何种运动，在,S,3,区将做何种运动,?,(3),假如粒子沿一半圆运动打到底片,D,上，,S,3,距离,D,多远？,例题：一个质量为m、电荷量为的粒子，从容器下方的小孔S1飘入,质谱仪,原理分析,1,、,质谱仪是测量带电粒子荷质比、分析同位素的重要工具,2,、,基本原理,将质量不等、电荷数相等的带电粒子经同一电场加速再垂直进入同一匀强磁场,3,、,推导,质谱仪原理分析1、质谱仪是测量带电粒子荷质比、分析同位素的重,例,5,质量为,m,，电荷量为,q,的粒子，以初速度,V,0,垂直进入磁感应强度为,B,、宽度为,L,的匀强磁场区域，如图所示。求,(1),带电粒子的运动轨迹及运动性质,(2),带电粒子运动的轨道半径,(3),带电粒子离开磁场电的速率,(4),带电粒子离开磁场时的偏转角,(5),带电粒子在磁场中的运动时间,t,(6),带电粒子离开磁场时偏转的侧位移,例5 质量为m，电荷量为q的粒子，以初速度V0垂直进入磁感应,例,5,质量为,m,，电荷量为,q,的粒子，以初速度,v0,垂直进入磁感应强度为,B,、宽度为,L,的匀强磁场区域，如图所示。求,(1),带电粒子的运动轨迹及运动性质,(2),带电粒子运动的轨道半径,(3),带电粒子离开磁场电的速率,(4),带电粒子离开磁场时的偏转角,(5),带电粒子在磁场中的运动时间,t,(6),带电粒子离开磁场时偏转的侧位移,例5 质量为m，电荷量为q的粒子，以初速度v0垂直进入磁感应,带电粒子作匀速圆周运动；轨迹为圆周的一部分,。,带电粒子作匀速圆周运动；轨迹为圆周的一部分。,例、如图在直线,MN,的右侧有磁感应强度为,B,的匀强磁场，方向垂直向里。电子,(,电量,e,、质量,m),以速度,v,从,MN,上的孔,A,，垂直于,MN,射入匀强磁场，途经,P,点，并最终打在,MN,上的,O,点,已知,AP,连线与速度方向的夹角为,，不计重力,.,求,（,1,）,A,、,O,之间的距离,（,2,）从,A,运动到,P,点所用 的时间。,A,N,M,P,v,例、如图在直线MN的右侧有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直,人教版带电粒子在匀强磁场中的运动名师1课件,a,b,P,v,例、如图一带正电粒子质量为,m,带电量为,q,从隔板,ab,上一个小孔,P,处与隔板成,角垂直于磁感线射入磁感应强度为,B,的匀强磁场区,粒子初速度大小为,v,则：,(1),粒子经过多长时间再次到达隔板？,(2),到达点与,P,点相距多远？,(,不计重力,),abP v例、如图一带正电粒子质量为m,带电量为q,从隔板a,1,加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加，,qU=,E,k,2,直线加速器，多级加速,如图所示是多级加速装置的原理图：,加速器,（一）、直线加速器,1加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增,由动能定理得带电粒子经,n,极的电场加速后增加的动能为：,3,直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间范围内制造直线加速器受到一定的限制,由动能定理得带电粒子经n极的电场加速后增加的动能为：,西电东送,“,超级高速公路,”,云南至广东,800,千伏特高压直流输电示范工程,19,日在云南楚雄开工，这是世界上第一项,800,千伏直流输电工程，也成为世界上最高电压等级的直流输电工程。,此前，世界上已有直流输电工程最高电压等级为,600,千伏。,2000,公里,/,秒,西电东送“超级高速公路”云南至广东800千伏特高压直流,二、回旋加速器,1,1932,年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，实现了在较小的空间范围内进行多级加速,2,工作原理：利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子，这些过程在回旋加速器的核心部件,两个,D,形盒和其间的窄缝内完成。,二、回旋加速器 11932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加,1931,年，加利福尼亚大学的劳伦斯斯提出了一个卓越的思想，通过磁场的作用迫使带电粒子沿着磁极之间做螺旋线运动,把长长的电极像卷尺那样卷起来，发明了回旋加速器，第一台直径为,27cm,的回旋加速器投入运行，它能将质子加速到,1Mev,。,1939,年劳伦斯获诺贝尔物理奖。,1931年，加利福尼亚大学的劳伦斯斯提出了一个卓越的思想,U,二、回旋加速器,新人教版高中物理选修,3-1,3.6,带电粒子在匀强磁场中的运动,(,共,33,张,PPT),新人教版高中物理选修,3-1,3.6,带电粒子在匀强磁场中的运动,(,共,33,张,PPT),U二、回旋加速器新人教版高中物理选修3-13.6带电粒子,（,1,）磁场的作用：带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场后，并在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其周期和速率、半径均无关，带电粒子每次进入,D,形盒都运动相等的时间（半个周期）后平行电场方向进入电场中加速,（,2,）电场的作用：回旋加速器的两个,D,形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的并垂直于两,D,形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速,（,3,）交变电压：为了保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速，使之能量不断提高，须在窄缝两侧加上跟带电粒子在,D,形盒中运动周期相同的交变电压,新人教版高中物理选修,3-1,3.6,带电粒子在匀强磁场中的运动,(,共,33,张,PPT),新人教版高中物理选修,3-1,3.6,带电粒子在匀强磁场中的运动,(,共,33,张,PPT),（1）磁场的作用：带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场,新人教版高中物理选修,3-1,3.6,带电粒子在匀强磁场中的运动,(,共,33,张,PPT),新人教版高中物理选修,3-1,3.6,带电粒子在匀强磁场中的运动,(,共,33,张,PPT),新人教版高中物理选修3-13.6带电粒子在匀强磁场中的运,带电粒子的最终能量,当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，由,r=mv/qB,得,v= rqB/m,，若,D,形盒的半径为,R,，则带电粒子的最终动能：,所以，要提高加速粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应强度,B,和,D,形盒的半径,R,新人教版高中物理选修,3-1,3.6,带电粒子在匀强磁场中的运动,(,共,33,张,PPT),新人教版高中物理选修,3-1,3.6,带电粒子在匀强磁场中的运动,(,共,33,张,PPT),带电粒子的最终能量当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最,为什么带电粒子经回旋加速器加速后的最终能量与加速电压无关？,解析：加速电压越高，带电粒子每次加速的动能增量越大，回旋半径也增加越多，导致带电粒子在,D,形盒中的回旋次数越少；反之，加速电压越低，粒子在,D,形盒中回旋的次数越多，可见加速电压的高低只影响带电粒子加速的总次数，并不影响引出时的速度和相应的动能，由,可知，增强,B,和增大,R,可提高加速粒子的最终能量，与加速电压高低无关,新人教版高中物理选修,3-1,3.6,带电粒子在匀强磁场中的运动,(,共,33,张,PPT),新人教版高中物理选修,3-1,3.6,带电粒子在匀强磁场中的运动,(,共,33,张,PPT),为什么带电粒子经回旋加速器加速后的最终能量与加速电压无关,小结：,回旋加速器利用两,D,形盒窄缝间的电场使带电粒子加速，利用,D,形盒内的磁场使带电粒子偏转，带电粒子所能获得的最终能量与,B,和,R,有关，与,U,无关,新人教版高中物理选修,3-1,3.6,带电粒子在匀强磁场中的运动,(,共,33,张,PPT),新人教版高中物理选修,3-1,3.6,带电粒子在匀强磁场中的运动,(,共,33,张,PPT),小结： 回旋加速器利用两D形盒窄缝间的电场使,如果尽量增强回旋加速器的磁场或加大,D,形盒半径，我们是不是就可以使带电粒子获得任意高的能量吗？,思考,新人教版高中物理选修,3-1,3.6,带电粒子在匀强磁场中的运动,(,共,33,张,PPT),新人教版高中物理选修,3-1,3.6,带电粒子在匀强磁场中的运动,(,共,33,张,PPT),如果尽量增强回旋加速器的磁场或加大D形盒半径，,本课小结：,一、带电粒子在磁场中的运动,平行磁感线进入：做匀速直线运动,垂直磁感线进入：做匀速圆周运动,半径：,R,mv,qB,周期：,T,2m,qB,二、质谱仪：研究同位素（测荷质比）的装置,由加速电场、速度选择器、偏转磁场组成,三、回旋加速器：使带电粒子获得高能量的装置,由,D,形盒、高频交变电场等组成,新人教版高中物理选修,3-1,3.6,带电粒子在匀强磁场中的运动,(,共,33,张,PPT),新人教版高中物理选修,3-1,3.6,带电粒子在匀强磁场中的运动,(,共,33,张,PPT),本课小结：一、带电粒子在磁场中的运动平行磁感线进入：做匀速直,