高中物理 37 带电粒子在匀强磁场中的运动课件 新人教版选修31.ppt

高中物理 选修3 1 浙 第7讲带电粒子在匀强磁场中的运动 目标定位 1 知道洛伦兹力做功的特点 2 掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律和分析方法 3 知道质谱仪 回旋加速器的构造和原理 一 带电粒子在匀强磁场中的运动1 带电粒子 不计重力 在磁场中运动时 它所受的洛伦兹力总与速度的方向 所以洛伦兹力带电粒子速度的大小 或者说 洛伦兹力对带电粒子 填 做功 或 不做功 垂直 不改变 不做功 想一想同种带电粒子以不同的速度垂直射入同一匀强磁场中 它们的运动周期相同吗 答案相同 因为 周期表达式告诉我们 带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期与速度无关 二 质谱仪和回旋加速器1 质谱仪 图3 7 1 2 回旋加速器如图3 7 2所示 d1和d2是两个中空的半圆金属盒 它们之间有电场 a处粒子源产生的带电粒子 在两盒间被 匀强磁场b与两个d形盒面 所以粒子在磁场中做 经过半个圆周后再次到达两盒间的缝隙处 控制两盒间的电势差 使其恰好 于是粒子经过盒缝时再次被 如此反复 粒子的速度就能增加到很大 电场加速 垂直 匀速圆周运动 改变正负 加速 图3 7 2 想一想随着粒子速度的增加 缝隙处电势差的正负改变是否越来越快 以便能使粒子在缝隙处刚好被加速 答案虽然粒子每经过一次加速 其速度和轨道半径就增大 但是粒子做圆周运动的周期不变 所以电势差的改变频率保持不变就行 例1 质子和 粒子由静止出发经过同一加速电场加速后 沿垂直磁感线方向进入同一匀强磁场 则它们在磁场中的各运动量间的关系正确的是 a 速度之比为2 1b 周期之比为1 2c 半径之比为1 2d 角速度之比为1 1 二 带电粒子在有界磁场中的运动1 在研究带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动规律时 着重把握 一找圆心 二求半径 三定时间 的方法 1 圆心的确定方法 两线定一 心 圆心一定在垂直于速度的直线上 如图3 7 3甲所示已知入射点p 或出射点m 的速度方向 可通过入射点和出射点作速度的垂线 两条直线的交点就是圆心 图3 7 3 图3 7 4 例2 如图3 7 5所示 一束电荷量为e的电子以垂直于磁场方向 磁感应强度为b 并垂直于磁场边界的速度v射入宽度为d的磁场中 穿出磁场时速度方向和原来射入方向的夹角为 60 求电子的质量和穿越磁场的时间 图3 7 5 例3 回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器 其核心部分是两个d形金属扁盒 两盒分别和一高频交流电源两极相接 以便在盒内的窄缝中形成匀强电场 使粒子每次穿过狭缝时都得到加速 两盒放在磁感应强度为b的匀强磁场中 磁场方向垂直于盒底面 粒子源置于盒的圆心附近 若粒子源射出的粒子电荷量为q 质量为m 粒子最大回旋半径为rmax 求 1 粒子在盒内做何种运动 2 所加交变电流频率及粒子角速度 3 粒子离开加速器时的最大速度及最大动能 借题发挥 1 洛伦兹力永远不做功 磁场的作用是让带电粒子 转圈圈 电场的作用是加速带电粒子 2 两d形盒窄缝所加的是与带电粒子做匀速圆周运动周期相同的交流电