【湖南师大附中内部资料】高二物理课件：带电粒子在磁场中的运动

1、【湖南师大附中内部资料】高二物理课件：带电粒子在磁场中的运动第三章磁场第三章磁场第第6 6节节带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动1 1复习：复习：1 1、洛伦兹力产生的条件？、洛伦兹力产生的条件？2 2、洛伦兹力的大小和方向如何确定？、洛伦兹力的大小和方向如何确定？3 3、洛伦兹力有什么特点？、洛伦兹力有什么特点？ 射入匀强磁场中的带电粒子将做怎射入匀强磁场中的带电粒子将做怎样的运动呢？样的运动呢？思考：思考：一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动问题问题1 1：带电粒子带电粒子平行平行射入匀强磁场的运射入匀强磁场的运动状态？动状态？ （重力不计）（重力

2、不计）问题问题2 2：带电粒子带电粒子垂直垂直射入匀强磁场的运射入匀强磁场的运动状态？动状态？ （重力不计）（重力不计）匀速直线运动匀速直线运动（1 1）当）当v vB 时时 ，洛伦兹力的方向与，洛伦兹力的方向与速度方向的关系速度方向的关系? ?（2 2）带电粒子仅在洛伦兹力的作用下，）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？粒子的速率变化么？能量呢？（3 3）洛伦兹力如何变化？）洛伦兹力如何变化？（4 4）从上面的分析，你认为）从上面的分析，你认为垂直垂直于匀强于匀强磁场方向射入的带电粒子，在匀强磁场磁场方向射入的带电粒子，在匀强磁场中的运动状态如何？中的运动状态如何？实验：

3、实验：（1）洛伦兹力演示仪）洛伦兹力演示仪励磁线圈：励磁线圈：作用是能在两线圈之间产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生平行于两线圈中心的连线的匀强磁场.加速电场：加速电场：作用是改变电子束出射的作用是改变电子束出射的速度速度.电子枪：电子枪：射出电子射出电子构造构造: :工作原理工作原理: : 由电子枪发出的电子射线可以使由电子枪发出的电子射线可以使管内的低压水银蒸汽发出辉光管内的低压水银蒸汽发出辉光, ,显示出显示出电子的径迹电子的径迹. .（2）实验演示）实验演示a a、不加磁场时观察电子束的径迹、不加磁场时观察电子束的径迹. .b b、给励磁线圈通电，观察电子束的

4、径迹、给励磁线圈通电，观察电子束的径迹. .c c、保持初射电子的速度不变，改变磁感、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应强度，观察电子束径迹的变化. .d d、保持磁感应强度不变，改变出射电子、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的速度，观察电子束径迹的变化. .（3 3）实验结论）实验结论沿着与磁场沿着与磁场垂直垂直的方向射入磁场的带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电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动. .磁感应强度不变，粒子射入的速度增磁感应强度不变，粒子射入的速度增加，轨道半径也增大。加，轨道半径也增大。粒子射入速度不

5、变，磁感应强度增大，粒子射入速度不变，磁感应强度增大，轨道半径减小。轨道半径减小。 理论分析因为：因为：洛仑兹力总与速度方向垂直洛仑兹力总与速度方向垂直. .所以：所以：洛仑兹力不改变速度大小，洛仑兹力不改变速度大小， 洛仑兹力的大小也就不变洛仑兹力的大小也就不变. .结论：结论：带电粒子在带电粒子在垂直垂直于磁场的于磁场的平面内做匀速圆周运动。平面内做匀速圆周运动。 由洛仑兹力提供向心力。由洛仑兹力提供向心力。o 推导粒子在匀强磁场中做匀速圆周推导粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆半径运动的圆半径r和运动周期和运动周期T，与粒子的，与粒子的速度速度v和磁感应强度和磁感应强度B的关系表达式的关

6、系表达式. qvFB-1 1）圆周运动的半径）圆周运动的半径mvRqB2 2）圆周运动的周期）圆周运动的周期2 mTqB2vqvBmR2 RTv带电粒子在匀强磁场中的圆周运动带电粒子在匀强磁场中的圆周运动质谱仪质谱仪: 一个质量为一个质量为m m、电荷量为、电荷量为q q的的粒子粒子, ,从容器下方的小孔从容器下方的小孔S S1 1飘入电势差为飘入电势差为U U的加速电场的加速电场, ,其初速度几乎为零其初速度几乎为零, ,然后然后经过经过S S3 3进入磁感应强度为进入磁感应强度为B B的匀强磁场中的匀强磁场中, ,最后打到照相底片最后打到照相底片D D上上. .(1)(1)求粒子进入求粒子

7、进入磁场时的速率磁场时的速率. .(2)(2)求粒子在磁求粒子在磁场中的轨道半径场中的轨道半径. .DAUS1S2S3B76 73 72例、图中例、图中MNMN表示真空室中垂直于纸面表示真空室中垂直于纸面的平板的平板, ,它的一侧有垂直于纸面向里匀强它的一侧有垂直于纸面向里匀强磁场磁场B B中中. .一带电粒子从平板上的狭缝一带电粒子从平板上的狭缝O O处处以垂直于平板上的初速度以垂直于平板上的初速度v v射入射入, ,最后到最后到达平板上的达平板上的P P点点, ,已知已知B B、v v以及以及P P到到O O的距的距离离L,L,不计重力不计重力, ,求此粒子的电荷量求此粒子的电荷量q q与

8、质与质量量m m之比之比. .O OP PB BM MN NL LBlvmq2例、一有界的正方形匀强磁场区域，从例、一有界的正方形匀强磁场区域，从a a点以不同的速度水平射入两完全相同点以不同的速度水平射入两完全相同的带电粒子，一个从的带电粒子，一个从c c点垂直点垂直cdcd射出，射出，一个从一个从d d点射出，则从点射出，则从c c、d d两点射出的两点射出的粒子的速度之比粒子的速度之比 ； 在磁场中的运动时间在磁场中的运动时间之比之比 ; ; 加速度之比是加速度之比是 . . dabc211221例、如图例、如图, ,水平导线中有电流水平导线中有电流I I通过通过, ,导导线正下方的电子初速度的方向与电流线正下方的电子初速度的方向与电流I I的的方向相同方向相同, ,则电子将（则电子将（ ）A.A.沿路径沿路径a a运动运动, ,轨迹是圆轨迹是圆B.B.沿路径沿路径a a运动