高二物理 第三章 第六节 带电粒子在匀强磁场中的运动课件选修31.ppt

第六节带电粒子在匀强磁场中的运动 第三章磁场 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 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 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 2 实验验证 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 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 例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300 求 1 电子的质量m 2 电子在磁场中的运动时间t 提示 关键是画出匀速圆周运动的轨迹 利用几何知识找出圆心及相应的半径 从而找到圆弧所对应的圆心角 2dbe v d 3v 例2 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 其初速度几乎为零 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 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 质谱仪质谱仪 swf 测量带电粒子的质量 分析同位素 二 实际应用 二 回旋加速器 1 作用 产生高速运动的粒子 2 原理回旋加速器的原理 asx 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 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 3 由于狭义相对论的限制 回旋加速器只能把粒子加速到一定的能量 例3 关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述 正确的是 a 电场和磁场都对带电粒子起加