人教版物理选修3136带电粒子在匀强磁场中的运动课件

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,#,3.6,带,电粒子,在匀,强磁场中的运,动,教学目标,1,、知道什么是洛伦兹力,.,利用左手定则判断洛伦兹力的方向,.,2,、知道洛伦兹力大小的推理过程,.,3,、掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算,.,4,、了解,v,和,B,垂直时的洛伦兹力大小及方向判断,.,理解洛伦兹力对电荷不做功,.,5,、了解电视显像管的工作原理,3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动教学目标,1,一、带电粒子在匀强磁场中的运,动,（重力不计）,带电粒子平行射入匀强磁场的运动状,态？,问题,1,：,问题,2,：,带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态,？,匀速直线运动,（,1,）,时，洛伦兹力的方向与速度方向的关系,垂直,（,2,）带电粒子仅在洛伦兹力的作用下，粒子的速率变化么？能量呢？,（,3,）洛伦兹力的如何变化？,（,4,）你,认为垂直于匀强磁场方向射入的带电粒子，在匀强磁场中的运动状态如何？,做,匀速圆周运动,一、带电粒子在匀强磁场中的运动（重力不计）带电粒子平行射入匀,2,无磁场,实验验证,有磁场,实验现象：,在暗室中可以清楚地看到，在没有磁场作用时，电子的轨迹是,直线,；在管外加上垂直初速度方向的匀强磁场，电子的轨迹变弯曲成,圆形,。,无磁场实验验证 有磁场 实验现象：在暗,3,带,电粒子在匀强磁场中作圆周运动时向心力,由洛伦兹力提供向心力,1,、运动分析,带电粒子在匀强磁场中作圆周运动时向心力由洛伦兹力提供向心力1,4,2,、轨,道半,径的确定,3,、运,动周,期,2、轨道半径的确定3、运动周期,5,带,电粒子的轨道半径和周期,洛伦兹力提供向心力,说明：,1,）轨道半径跟其速率成正比；,2,）周期,T,与其轨道半径,r,和速率无关,v,v,r,+,f,带电粒子的轨道半径和周期洛伦兹力提供向心力说明：,6,实验验证,电子枪,玻璃泡,励磁线圈,实验验证电子枪玻璃泡励磁线圈,7,亥姆霍兹线圈,电 子 枪,磁场强弱选择挡,加速电压选择挡,2,、实验验证,亥姆霍兹线圈电 子 枪磁场强弱选择挡加速电压选,8,（,1,）洛伦兹力演示仪,励磁线圈（亥姆霍兹线圈）：作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈中心的连线的匀强磁场,加速电场：作用是改变电子束出射的速度,电子枪：射出电子,（,2,）实验演示,a,、不加磁场时观察电子束的径迹,b,、给励磁线圈通电，观察电子束的径迹,c,、保持初射电子的速度不变，改变磁感应强度，观察电子束径迹的变化,d,、保持磁感应强度不变，改变出射电子的速度，观察电子束径迹的变化,（1）洛伦兹力演示仪励磁线圈（亥姆霍兹线圈）：作用是能在两,9,（,3,）实验结论,沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动。,磁场强度不变，粒子射入的速度增加，轨道半径也增大。,粒子射入速度不变，磁场强度增大，轨道半径减小。,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,（3）实验结论沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀,10,例题：一个质量为,m,、电荷量为,q,的粒子,，从,容器下方的小孔,S1,飘入电势差为,U,的加速电场，然后经过,S3,沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为,B,的匀强磁场中，最后打到照相底片,D,上（如图）,（,1,）求粒子进入磁,场时,的速率。,（,2,）求粒子在磁场,中运,动的轨道半径。,（一,）,质,谱仪,测量带电粒子的质量或比荷,分析同位素,二、实际应用,例题：一个质量为m、电荷量为q的粒子，从容器下方的小孔S1飘,11,1,直线加速器,（二,）,加,速器,1直线加速器（二）加速器,12,1),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,2),回,旋周期：，与半径、速度的大小无关。,3),离,盒时粒子的最大动能：,与加速电压无关，由半径决定。,2,、,回,旋加速器,1)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,13,原,理,1,）两,D,形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙有交变电场。,2,）交,变电场的周期等于粒子做匀速圆周运动的周期。,3,）粒,子最后出加速器的速度大小由盒的半径决定。,已,知回旋加速器中,D,形盒内匀强磁场的磁感应强度大小为,B,，,D,形盒的半径为,r,.,今将质量为,m,、电量为,q,的质子从间隙中心处由静止释放，求粒子在加速器内加速后所能达到的最速度表达式,.,原理1）两D形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙有交变电场。2）,14,注,意,1,、带电粒子在匀强磁场中的运动周期 跟运动速率和轨道半径无关，对于一定的带电粒子和一定的磁感应强度来说，这个周期是恒定的。,2,、交变电场的往复变化周期和粒子的运动周期,T,相同，这样就可以保证粒子在每次经过交变电场时都被加速。,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？,3,、由于侠义相对论的限制，回旋加速器只能把粒子加速到一定的能量。,注意1、带电粒子在匀强磁场中的运动周期,15,例、回,旋加速器中磁场的磁感应强度为,B,，,D,形盒的半径为,R,，用该回旋加速器加速质量为,m,、电量为,q,的粒子，设粒子加速前的初速度为零。求：,（,1,）粒子的回转周期是多大？,（,2,）高频电极的周期为多大？,（,3,）粒子的最大动能是多大？,(4),设,D,形盒的电压为,U,盒间距离为,d,求加速到最大动能所需时间,（,2,）电,源周期与粒,子的,回旋周期相等,:,（,4,）,质子每加速一次，能量增加为,qU,，每周加速两次，,例、回旋加速器中磁场的磁感应强度为B，D形盒的半径为R，用该,16,1931,年，加利福尼亚大学的劳 伦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,回速器投入运行，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 伦斯提出,17,人教版物理选修3136带电粒子在匀强磁场中的运动课件,18,再见,作业,阅读课,文,99102,页,2,、阅,读学,习方略,8891,页,，,并完成相关练习,再见 作业2、阅读学习方略8891页，,19,(1),圆的切线垂直于过切点的直径,2,）半径的确定和计算,3,、带电粒子进入有界匀强磁场运动问题处理方法,1,）圆心的确定,：圆,心一定在与速度方向垂直的直线上，,(2),弦的中垂线过圆心,通常有以下两种方法：,利用平面几何，求圆的可能半,径,常用到的两个重要几何特点：,(1),粒子速度的偏向角,(,),等于圆心角,(,),，并等,于,AB,弦与切线的弦切角,(,),的,2,倍,即,2,t,.,(2),相对的弦切角,(,),相等，与相邻的,弦切角,(,),互补，即,180.,(1)圆的切线垂直于过切点的直径2）半径的确定和计算3、带电,20,3,）粒子在磁场中运动时间的确定,注意圆周运动中的有关对称规律：,1),如从同一边界射入的粒子，从同一边界射出时，速度与边界的夹角相等；,2),在圆形磁场区域内，沿径向射入的粒子，必沿径向射出,3）粒子在磁场中运动时间的确定注意圆周运动中的有关对称规律：,21,常,见运动轨迹的确定,:,(1),直线边界,(,进出磁场,具有对称性,如图丙所示,),。,(2),平行边界,(,存在临界,条件,如图丁所示,),。,(3),圆形边界,(,沿径向射入必沿径向射出,如,图戊所示,),。,常见运动轨迹的确定:(2)平行边界(存在临界(3)圆形边,22,例,1,、如图所示，在第,象限内有垂直纸面向里的匀强磁场，一对正、负电子分别以相同速率沿与,x,轴成,30,角的方向从原点射入磁场，则正、负电子在磁场中运动的时间之比为,(,),A,1,2,B,2 1,C,1,D,1 1,B,例1、如图所示，在第象限内有垂直纸面向里的匀强磁场，一对正,23,圆,轨道的圆心位于,OA,的中垂线上,，,由,几何关系可得,解：由洛伦兹力公式和牛顿定律可得：,例,2,、如图所示，在,y,0,的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于,xOy,平面并,指向,纸面外，磁感应强度为,B,.,一带正电的粒子以速度,v,0,从,O,点射入磁场，入射,方向,在,xOy,平面内，与,x,轴正向的夹角为,.,若粒子射出磁场的位置与,O,点的距,离为,L,，求该粒子的电荷量和质量之比,圆轨道的圆心位于OA的中垂线上，解：由洛伦兹力公式和牛顿定律,24,例,3,：一束电子（电量为,e,）以速度,V,0,垂直射入磁感应强度为,B,，宽为,d,的匀强磁场中，穿出磁场时速度方向与电子原来入射方向成,30,0,角，求：电子的质量和穿过磁场的时间。,B,v,0,e,30,0,d,解：两洛伦磁力的交点即圆心，由几何知识,知：,圆心角,=,偏转角,30,0,例3：一束电子（电量为e）以速度V0垂直射入磁感应强度为B，,25,例,4,、,如图，,MN,是一荧光屏，当带电粒子打到荧光屏上时，荧光屏能发光。,MN,的上方有磁感应强度为,B,的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。,P,为屏上的一个小孔，,PQ,与,MN,垂直。一群质量为,m,、带电量,q,的粒子（不计重力），以相同的速率,v,，从,P,处沿垂直于磁场方向射入磁场区域，且分布在与,PQ,夹角为,的范围内，不计粒子间的相互作用。则在荧光屏上将出现一个条形亮线，其长度为？,P,N,M,B,Q,l,P,P,l,P,P,例4、如图，MN是一荧光屏，当带电粒子打到荧光屏上时，荧光屏,26,练习,1,如图，在一水平放置的平板,MN,的上方有匀强磁场，磁感应强度的大小为,B,，磁场方向垂直于纸面向里。许多质量为,m,带电量为,+q,的粒子，以相同的速率,v,沿位于纸面内的各个方向，由小孔,O,射入磁场区域。不计重力，不计粒子间的相互影响。下列图中阴影部分表示带电粒子可能经过的区域，其中。哪个图是正确的？（）,A,练习1如图，在一水平放置的平板MN的上方有匀强磁场，磁感应,27,2,、如图所示，在,x,轴上方有匀强磁场,B,，一个质量为,m,，带电量为,-q,的的粒子，以速度,v,从,O,点射入磁场，角,已知，粒子重力不计，求：,(1),粒子在磁场中的运动时间,.,(2),粒子离开磁场的位置,.,(1),求时间：,2、如图所示，在x轴上方有匀强磁场B，一个质量为m，带电量为,28,练习,3,：如图直线,MN,上方有磁感应强度为,B,的匀强磁场。正、负电子同时从同一点,O,以与,MN,成,30,角的同样速度,v,射入磁场（电子质量为,m,，电荷为,e,），,（,1,）它们从磁场中射出时相距多远,？,（,2,）射出的时间差是多少？,M,N,B,O,v,（,2,）时间差为,关键是找圆心、找半径和用对,称,P,P,练习3：如图直线MN上方有磁感应强度为B的匀强磁场。正、负,29,练习,4.,一个负离子，质量为,m,，电量大小为,q,，以速率,v,垂直于屏,S,经过小孔,O,射入存在着匀强磁场的真空室中，如图所示。磁感应强度,B,的方向与离子的运动方向垂直，并垂直于图,1,中纸面向里,.,（,1,）求离子进入磁场后到达屏,S,上时的位置与,O,点的距离,.,（,2,）如果离子进入磁场后经过时间,t,到达位置,P,，证明,:,直线,OP,与离子入射,方向之,间的夹角,跟,t,的关系是,O,B,S,v,P,练习4.一个负离子，质量为m，电量大小为q，以速率v垂直于,30,d,B,e,v,1,、如图所示，一束电子（电量为,e),以速度,V,垂直射入磁感应强度为,B,、宽度为,d,的匀强磁场，穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹角为,30,0,。求,:,电,子的质量,m=?,(,2),电子在磁场中的运动时间,t=?,dBev1、如图所示，一束电子（电量为e)以速度V垂直射入,31,2,、如图所示，在半