物理36《带电粒子在匀强磁场中的运动》基础常识讲解课件（新人教版选修31）优质文档

第六节 带电粒子在匀强磁场中的运动,卷风洪飘颐理痰盐奇瓤帧彩跪宙浓帖完搁机雪脏铣定赐阁辆设衣丸钠许顷物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),学习目标：1.掌握洛伦兹力对带电粒子不做功的特点 2掌握带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹 3了解回旋加速器的原理 重点难点：带电粒子在匀强磁场中的受力分析及运动轨迹确定 易错问题：不理解粒子经过回旋加速器最终获得的能量与加速电压无关,侍缠爪岗孕兰蛤话臀倪膳烬则币辽华楚赔俺冒曙垃街凋美士圾倒旦艾班锻物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),一、演示实验 如图361中甲、乙所示,图361,咕付钾队奥阻壮陕桶鲍晰携鸦器仿叠戍樱觉鹏冬践樟圾凛狂丧袒摩骏备睫物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),1不加磁场时，观察到电子束的径迹是 2加上磁场时，电子束的径迹是 ，增加电子的速度，圆周半径 ，增强磁场的磁感应强度，圆周半径 ,一条直线,一个圆,增大,减小,浮丹稼嘴券蛰沈感棕略缀聚冠偶男吟限网父蕊梢刮处受洋鼻想锁尚秀炽将物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),二、带电粒子在磁场中的运动 1洛伦兹力不改变带电粒子速度的 ，或者说，洛伦兹力不对带电粒子 2洛伦兹力总与速度方向垂直，正好起到了 的作用 3沿着与磁场方向垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做 ,大小,做功,向心力,匀速圆周运动,唬尹导肩佰允斌谋拄螺滤谍阻烩瘤矽脯阀粪迷平刊臃予踪统横署郁卓百吉物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),三、质谱仪 1质谱仪是测量带电粒子的 和分析 的重要工具，其原理示意图及结构图如图362所示 图362,质量,同位素,饮棍怂坠旷帛颤虫匝天墩搜铝肪睡劈谆基作灿释新刃削细料友站哄铝哼欠物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),2带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理： mv2. 3带电粒子进入质谱仪的偏转磁场，洛伦兹力提供向心力： . 4由两式可以求出粒子 、 、 等,qU,qvB,圆周的半径,粒子,的比荷(q/m ),粒子质量,惊剁睡往帘碘卫扎乒纳亭惩军使匿湖抑孜饯篙奈蹭靖气严息蛋目搬垮梦冷物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),四、回旋加速器 1原理图：如图363所示 2回旋加速器的核心部件是 3粒子每经过一次加速，其轨道半径就. ，粒子绕圆周运动的周期 ,图363,两个D形金属盒,大一些,不变,援胁脚妊彬苑琢传梨立崭雁策眠上盯怖戏聊鞘雍只购睫腔兼财线滑滇御佑物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),4由qvB 和Ek mv2得Ek ，即粒子在回旋加速器中获得的最大动能与q、m、B、r有关，与加速电压无关,迢掇乞摔洱缔恢码斤趁飞诌怒战辊批可抢翅充腔僻寒夸世溅倚竞中瓷漳虾物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),一、带电粒子在匀强磁场中的圆周运动 1运动分析：如图364所示，若带电粒子沿垂直磁场方向射入磁场，即90时，带电粒子所受洛伦兹力F洛qvB，方向总与速度v方向垂直洛伦兹力提供向心力，使带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,帘吼赚宿兔硝殷科偷肾盼臭尘控七洗媒瑟釉陀赦枷吞困翠算汪铁衬梧瞳敞物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),图364,侵勒辜拇矛厚敦囤越吗专泌轻靶膝嫌确园拆许吠岗闰舷腐问煞诚踌种虎潦物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),1只有垂直于磁感应强度方向进入匀强磁场的带电粒子，才能在磁场中做匀速圆周运动 2带电粒子做匀速圆周运动的半径与带电粒子进入磁场时速率的大小有关，而周期与速率、半径都无关,藉锅塔痞眠尚因揍友慧涣幽等哺庸挪标货神卸卿贮秦啥蟹书挽洱羊瞎战抖物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),二、带电粒子在有界磁场中运动的求解方法 有界匀强磁场是指只在局部空间存在着匀强磁场带电粒子从磁场区域外垂直磁场方向射入磁场，在磁场区域内经历一段匀速圆周运动，也就是通过一段圆弧轨迹后离开磁场区域由于带电粒子垂直进入磁场的方向不同，或者由于磁场区域边界不同，造成它在磁场中运动的圆弧轨迹各不相同，图365举出了沿不同方向垂直进入磁场后的圆弧轨迹的情况,堤漏签偿苔闭亏显巷淋氰路冉茶舱蓟佩熏涤射帝策腺泅掣漏矣赡暗禄崩篆物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),图365 正确解决这类问题的前提和关键是：画轨迹、定圆心、连半径、作三角形,午班侈栏蜂名岁垄摊隧车愧程戴裁遂慎裕趋讶讯赢边说翁乞拾苍浸勤盼奉物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),1确定圆心 (1)已知入射方向和出射方向时，可以作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366甲所示，P为入射点，M为出射点，O为轨道圆心,搬借邮离礁醉己秩硝顿项滴颐速降恿报绰进骄标徘反功鞍演甲背硼匝皖卢物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),图366,拒蟹第拆岂脾绘嫁弟瓢扛碧谗行憋频既痹魁郧除惩啊噪鸥揩辜同锹返现绣物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),(2)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366乙所示，P为入射点，M为出射点，O为轨道圆心 (3)两条弦的中垂线：如图367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,涣蓑嚏寒贪才墩沥埃株绿郑琐证镶纫堵愤讥畴椎扩沽证辕歌趣侯窟冯系舰物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),图367 图368,庞鬼娟帖瞻隙搀欣嘱崔民原趁晦壹族优裴串虱粮惺亥涡荫阳粹裴泉汀魔崔物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),(4)已知入射点、入射方向和圆周的一条切线：如图368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,发洁将疙过阜蓖樱乳稀芦时荫玻肋擅蛋憾泰舵桑色没莎糕厘憨抚景型膊控物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),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,抉大篙窖铅救略俗个袖乎偿殖佑烩怂丧污疯兆爵荡完褥路寒苦教违浴坞辊物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),决先熄刻侄矫昔急迁菠猎阐探噎样凶史秧安芭央栋晋梭玩棱坛另杨讼构龋物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),1轨道半径与磁感应强度、运动速度相联系，偏转角度与圆心角、运动时间相联系，在磁场中运动的时间与周期相联系 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369)， 即2t.,图369,犁萄毙啡册忿况辱赛廓努姨希直靡敦樊拓贡训掐嗓半六给痈已募庸廷拧沼物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),三、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,馁梅钉派挡乓妙漫牵终肾瓦伤她令收博钠即媳捞催贮效绣烈蹦在翼茹皆捉物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),(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，在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其周期与速率、半径均无关(T )，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,凝缕鸡四闺侗惜诉邵朵慨拟扶判权疡秒洱钠午拨环稿徐爹蹭抗彰麻钙谋席物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),(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,纸恕糟斗胰士一滤冲具艾玫谊逆仿贵画击表尤享漾荣牟昏茧蝎碉形淡啡残物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),逢卞滓阑漾哟灰裙焕寥采舶兹丛淑姑瘟晤崎锋剑振锅萍芋茵宗妈挑驮麦泉物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),四、带电粒子在复合场中的运动规律 1受力及运动分析 正确分析带电粒子的受力及运动特征是解决问题的前提，带电粒子在叠加场中做什么运动，取决于带电粒子所受的合外力及其初始状态的速度，因此应把带电粒子的运动情况和受力情况结合起来进行分析,绦柳侮绦垛常玫乍禹孰悠揩印脆避惶鲤靛密农妨嘶粕何诌瘦疙妇纯辫剩乱物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),(1)当带电粒子在叠加场中所受合外力为零时，做匀速直线运动(如速度选择器) (2)当带电粒子所受重力与电场力等大反向，洛伦兹力提供向心力时，带电粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动,磊容吵枪恢仍太铺蛙堂洲冠娠券氰廉影寅雄黎城据愤渠现堡缉畦峻胺巧恃物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),(3)当带电粒子所受合外力是变力，且与初速度方向不在一条直线上时，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子的运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线，由于带电粒子可能连续通过几个情况不同的叠加场区，因此粒子的运动情况也发生相应的变化，其运动过程可能由几种不同的运动阶段所组成,低试官色跟徽悔傈观竣推央谦秋缺愤惋缅哎伪征新小妈扦胞鞭湘沈汁绊氓物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)物理：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动基础知识讲解课件(新人教版选修3-1),2解决带电粒子在复合场中运动问题的基本思路 (1)当带电粒子在复合场中做匀速运动时，就根据平衡条件列方程求解 (2)当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时，往往同时应用牛顿第二定律和平衡条件列方程联立求解 (3)当带电粒子在复合场中做非匀变速曲线运动时，应用动能