3.6带电粒子在匀强磁场中的运动.ppt

带电粒子在匀强磁场中的运动 极光 是一种自然现象 是从宇宙深处射来的带电粒子进入地球磁场后发生的一种现象 同学们知道在地球的什么位置可以看到绚丽的极光吗 这节课我们一起来了解下 1 带电的基本粒子 如电子 质子 粒子 正负离子等 这些粒子所受重力和洛仑磁力相比小得多 除非有说明或明确的暗示以外 一般都不考虑重力 但并不能忽略质量 2 带电微粒 如带电小球 液滴 尘埃等 除非有说明或明确的暗示以外 一般都考虑重力 一 带电粒子的分类 3 某些带电体是否考虑重力 要根据题目暗示或运动状态来判定 1 v B时 洛伦兹力的方向与速度方向有何关系 1 带电粒子平行射入匀强磁场 运动状态如何 重力不计 2 带电粒子垂直射入匀强磁场 运动状态如何 重力不计 做匀速直线运动 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 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 洛伦兹力对电荷只起向心力的作用 故只在洛伦兹力的作用下 电荷将做匀速圆周运动 带电粒子在磁场中运动时 它所受的洛伦兹力总与速度方向垂直 不改变带电粒子的速度大小 只改变速度方向 二 带电粒子在匀强磁场中运动情况 1 工作原理 由电子枪发出的电子射线可以使管的低压水银蒸汽发出辉光 显示出电子的径迹 两个平行的通电环形线圈可产生沿轴线方向的匀强磁场 洛伦兹力演示仪 亥姆霍兹线圈 电子枪 3 实验结论 带电粒子垂直进入磁场中 粒子在垂直磁场方向的平面内做匀速圆周运动 此洛伦兹力不做功 2 实验现象 在暗室中可以清楚地看到 在没有磁场作用时 电子的径迹是直线 在管外加上匀强磁场 电子的径迹变弯曲成圆形 运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用 运动方向会发生偏转 这一点对于地球上的生命来说有十分重要的意义 从太阳或其他星体上 时刻都有大量的高能粒子流放出 称为宇宙射线 这些高能粒子流 如果都到达地球 将对地球上的生物带来危害 庆幸的是 地球周围存在地磁场 地磁场改变宇宙射线中带电粒子的运动方向 对宇宙射线起了一定的阻挡作用 形成了美丽的极光 例1 如图 有一质量为m 电荷量为q的带电粒子 不计重力 以速度v垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中 试求该粒子在磁场中做匀速圆周运动的圆半径r和运动周期T 三 带电粒子做匀速圆周运动的物理量 一 带电粒子做匀速圆周运动的几个物理量 1 圆心的确定 2 半径的确定 3 运动时间的确定 v0 P M O v0 1 圆心的确定 1 若已知入射方向和出射方向 作入射速度出射速度的垂线 两垂线交点就是圆弧轨道的圆心 2 若已知入射方向和出射点的位置 做入射速度垂线及弦的中垂线 交点就是圆弧轨道的圆心 v0 P M O 一是已知物理量 q m B v 利用半径公式求半径 二是已知其他几何量利用数学图形知识求半径 一般利用几何知识 常用解三角形的方法 2 半径的确定 由于已知条件的不同 求半径有两种方法 3 运动时间的确定 利用圆心角与弦切角的关系 或者是四边形内角和等计算出圆心角的大小 由公式可求出运动时间 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 即 2 t 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的程序解题法 三步法1 画轨迹即确定圆心 几何方法求半径并画出轨迹 2 找联系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 圆心角相联系 3 用规律即牛顿第二定律和圆周运动的规律 特别是周期公式 半径公式 特别提醒 4 带电粒子在有界磁场中运动的几个问题常见有界磁场边界的类型如下图所示 粒子在磁场中做圆周运动的对称规律 从同一直线边界射入的粒子 从同一边界射出时 速度与边界的夹角相等 二 带电粒子在有界匀强磁场中的运动 1 直线边界进出磁场具有对称性 如图所示 2 平行边界 存在临界条件 如图所示 3 圆形边界沿径向射入必沿径向射出 如图所示 质谱仪和回旋加速器 质谱仪1 结构 质谱仪由静电加速电极 速度选择器 偏转磁场 显示屏等组成 如图 说明 直线加速器占有的空间范围大