带电粒子在匀强磁场中的运动-ppt课件

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,*,带电粒子在匀强磁场中的运动,带电粒子在匀强磁场中的运动,一、带电粒子在匀强磁场中的运动,1,用洛伦兹力演示仪探究运动规律,图,3,6,1,一、带电粒子在匀强磁场中的运动,由图,3,6,1,可以看出：,(1),不加磁场时，电子束的径迹为,_,(2),加,B,v,的磁场时,电子束的径迹仍为,_.,(3),加,B,v,的磁场时，电子束的径迹为,_.,(4),保持电子速度不变，增大磁感应强度，圆周半径变小,减小磁感应强度,圆周半径变大,(5),保持磁感应强度不变，增大电子速度，圆周半径变大，减小电子速度,圆周半径变小,直线,直线,圆周,由图361可以看出：直线直线圆周,成功发现,1,带电粒子平行于磁场方向射入时，由于带电粒子不受力，做,_,运动；,2,带电粒子垂直于磁场方向射入时，由于洛伦兹力总与速度方向,_,起到向心力的作用，所以带电粒子在匀强磁场中做,_,运动,3,带电粒子做匀速圆周运动的半径大小与匀强磁场的磁感应强度、粒子的速度大小有关,.,匀速直线,垂直,匀速圆周,成功发现匀速直线垂直匀速圆周,2,圆周运动的半径和周期,质量为,m,、带电量为,q,的粒子，以速度,v,垂直射入磁感应强度为,B,的匀强磁场，粒子做匀速圆周运动所需向心力是由,_,提供,根据牛顿第二定律和圆周运动公式求得半径与周期,洛伦兹力,洛伦兹力,成功发现,1,半径公式：,r,_.,2,周期公式：,T,_.,成功发现,3,质谱仪,(1),原理图：如图,3,6,2,所示,图,3,6,2,3质谱仪,qU,q,v,B,质量,m,质量,同位素,qUqvB质量m质量同位素,二、回旋加速器,1,构造图：如图,3,6,3,所示回旋加速器的核心部件是两个,_,图,3,6,3,D,形盒,二、回旋加速器D形盒,不变,不变,带电粒子在匀强磁场中的运动,1,在带电粒子,(,不计重力,),以一定的速度进入匀强磁场中时，中学阶段只研究两种情况,(1),若带电粒子的速度方向与磁场方向平行,(,相同或相反,),，带电粒子以入射速度,v,做匀速直线运动,带电粒子在匀强磁场中的运动1在带电粒子(不计重力)以一定的,带电粒子在匀强磁场中的运动-ppt课件,带电粒子在匀强磁场中的运动-ppt课件,已知氢核与氦核的质量之比,m,1,m,2,1,4,，电荷量之比,q,1,q,2,1,2,，当氢核与氦核以,v,1,v,2,4,1,的速度，垂直于磁场方向射入磁场后，分别做匀速圆周运动，则氢核与氦核半径之比,r,1,r,2,_,，周期之比,T,1,T,2,_.,例,1,已知氢核与氦核的质量之比m1m,【,思路点拨,】,粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，一般情况下，半径公式不要直接使用，特别是做计算题时，应先列出洛伦兹力充当向心力的方程,【思路点拨】粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，一般情况下，半,【,答案,】,2,1,1,2,【答案】2112,【,规律总结,】,(1),掌握粒子在匀强磁场中做圆周运动的轨道半径和周期公式是解决此题的关键,(2),比例法是解物理问题的有效方法之一使用的程序一般是：根据研究对象的运动过程确定相应的物理规律，根据题意确定运动过程中的恒量，分析剩余物理量之间的函数关系，建立比例式求解,【规律总结】(1)掌握粒子在匀强磁场中做圆周运动的轨道半径,带电粒子在有界磁场中的运动,1,带电粒子在常见有界磁场中的运动轨迹,(1),直线边界,(,进出磁场具有对称性，如图,3,6,4),图,3,6,4,带电粒子在有界磁场中的运动1带电粒子在常见有界磁场中的运动,(2),平行边界,(,存在临界条件，如图,3,6,5),图,3,6,5,(2)平行边界(存在临界条件，如图365),(3),圆形边界,(,沿径向射入必沿径向射出，如图,3,6,6),图,3,6,6,(3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图366),2,圆心半径及运动时间的确定,(1),定圆心,已知入射方向和出射方向时，可以通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心，如图,3,6,7,甲所示，,P,为入射点，,M,为出射点，,O,为轨道圆心,图,3,6,7,2圆心半径及运动时间的确定,已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心，如图,3,6,7,乙所示，,P,为入射点，,M,为出射点，,O,为轨道圆心,已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂,两条弦的中垂线：如图,3,6,8,所示，带电粒子在匀强磁场中分别经过,O,、,A,、,B,三点时,其圆心,O,在,OA,、,OB,的中垂线的交点上,图,3,6,8,图,3,6,9,两条弦的中垂线：如图368所示，带电粒子在匀强磁场中分,已知入射点、入射方向和圆周的一条切线：如图,3,6,9,所示，过入射点,A,做,v,垂线,AO,，延长,v,线与切线,CD,交于,C,点，做,ACD,的角平分线交,AO,于,O,点，,O,点即为圆心，求解临界问题常用到此法,已知入射点、入射方向和圆周的一条切线：如图369所示，,(2),求半径,由于已知条件的不同，求半径有两种方法：一是已知物理量,(,q,、,m,、,B,、,v,),利用半径公式求半径，再由图形求其他几何量；二是已知其他几何量利用数学知识求半径，再由半径公式求物理量,(2)求半径,带电粒子在匀强磁场中的运动-ppt课件,特别提醒：,(1),轨道半径与磁,感应强度、运动速度相联系，,在磁场中运动的时间与周期、,偏转角相联系,(2),粒子速度的偏向角,(,),等于圆心角,(,),，并等于,AB,弦与切线的夹角,(,弦切角,),的,2,倍,(,如图,3,6,10),，即,2,t,.,图,3,6,10,特别提醒：(1)轨道半径与磁图3610,在以坐标原点,O,为圆心，,半径为,r,的圆形区域内，存在磁,感应强度大小为,B,、方向垂直,于纸面向里的匀强磁场，如图,3,6,11,所示一个不计重力的带电粒子从磁场边界与,x,轴的交点,A,处以速度,v,沿,x,方向射入磁场，它恰好从磁场边界与,y,轴的交点,C,处沿,y,方向飞出,例,2,图,3,6,11,在以坐标原点O为圆心，例2图36,带电粒子在匀强磁场中的运动-ppt课件,【,思路点拨,】,由粒子运动轨迹和磁场边界确定圆心，由几何关系确定半径和圆心角，再根据带电粒子在磁场中做圆周运动的规律列方程求解,【思路点拨】由粒子运动轨迹和磁场边界确定圆心，由几何关系确,图,3,6,12,图3612,【答案】见精讲精析,【答案】见精讲精析,对回旋加速器的理解,1,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,对回旋加速器的理解1工作原理,带电粒子在匀强磁场中的运动-ppt课件,(2),电场的作用,回旋加速器两个,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，需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,(2)电场的作用,带电粒子在匀强磁场中的运动-ppt课件,(2012,天津南开中学,高二检测,),一个用于加速质子,的回旋加速器，其核心部分,如图,3,6,14,所示，,D,形盒,半径为,R,，垂直,D,形盒底面的匀强磁场的磁感应强度为,B,，两盒分别与交流电源相连下列说法正确的是,(,),例,3,图,3,6,14,(2012天津南开中学例3图3,A,质子被加速后的最大速度随,B,、,R,的增大而增大,B,质子被加速后的最大速度随加速电压的增大而增大,C,只要,R,足够大，质子的速度可以被加速到任意值,D,不需要改变任何量，这个装置也能用于加速,粒子,A质子被加速后的最大速度随B、R的增大而增大,【,思路点拨,】,求解此题应注意以下两点：,(1),交流电的周期与质子做圆周运动的周期相同，回旋加速器才能正常工作,(2),据匀速圆周运动知识求出质子最大速度的表达式，再据此判断它与何物理量有关,【思路点拨】求解此题应注意以下两点：,带电粒子在匀强磁场中的运动-ppt课件,流电与其运动不再同步，即质子不可能一直被加速下去，,C,错由上面周期公式知,粒子与质子做圆周运动的周期不同，故此装置不能用于加速,粒子，,D,错,【,答案,】,A,流电与其运动不再同步，即质子不可能一直被加速下去，C错由上,带电粒子在有界磁场中的临界问题,这类问题往往是空间的约束决定着半径，从而控制其他的物理量，故求解物理量的范围,.,实际上需要求出圆周运动的半径范围，再求其他量,带电粒子在有界磁场中的临界问题,经典案例,(10,分,),一磁场宽度为,L,，磁感应强度为,B,，如图,3,6,15,所示，一电荷质量为,m,带电荷量为,q,，不计重力，以一速度,v,(,方向如图所示,),射入磁场若要粒子不能从磁场右边界飞出，则电荷的最大速度应为多大？,图,3,6,15,经典案例(10分)一磁场宽度为L，磁感应强度为B，如图,【,思路点拨,】,解答本题的关键是明确粒子的运动轨迹与磁场右边界相切时其速度最大,【思路点拨】解答本题的关键是明确粒子的运动轨迹与磁场右边界,【,解题样板,】,要使粒子不从右边界飞出，则当速度达到最大时运动轨迹应与磁场右边界相切，由几何知识可知半径,r,满足,图,3,6,16,【解题样板】要使粒子不从右边界飞出，则当速度达到最大时运动,带电粒子在匀强磁场中的运动-ppt课件,