高中物理 第6节带电粒子在匀强磁场中的运动课件 新人教版选修31.ppt

人教版选修3 1第三章磁场 6 带电粒子在匀强磁场中的运动 复习 1 洛伦兹力产生的条件 2 洛伦兹力的大小和方向如何确定 3 洛伦兹力有什么特点 射入匀强磁场中的带电粒子将做怎样的运动呢 思考 一 带电粒子在匀强磁场中的运动 带电粒子平行射入匀强磁场的运动状态 重力不计 问题1 问题2 带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态 重力不计 匀速直线运动 1 理论推导 1 时 洛伦兹力的方向与速度方向的关系 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 洛伦兹力如何变化 4 从上面的分析 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 垂直 一 带电粒子在匀强磁场中的运动 1 理论推导 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 问题3 推导粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆半径r和运动周期t 与粒子的速度v和磁场的磁感应强度b的关系表达式 1 圆周运动的半径 2 圆周运动的周期 带电粒子将在垂直于磁场的平面内做匀速圆周动 2 实验验证 1 洛伦兹力演示仪 电子枪 射出电子 加速电场 作用是改变电子束出射的速度 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 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 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 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 测量带电粒子的质量或比荷 分析同位素 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 1 直线加速器 二 回旋加速器 1 作用 产生高速运动的粒子 2 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大速度表达式 3 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 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