带电粒子在匀强磁场中的运动第一课时探究形

1、 高中物理选修高中物理选修3-1 3-1 第三章第三章 磁场磁场长沙县三中长沙县三中 陈泽锋陈泽锋复习：复习：1、什么是洛伦兹力？、什么是洛伦兹力？2、带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？、带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？带电粒子在磁场中将会怎样运动带电粒子在磁场中将会怎样运动 ？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带电粒子平行射入匀强磁场时的运动情况是怎么的？ （重力不计）问题问题1：当当V与与B平行时，平行时，F=0，因此做匀速直线运动，因此做匀速直线运动问题问题2：带电粒子速度与匀强磁场成一定夹角时的：带电粒子速度与匀强磁场成一定夹角时的运动情况又

2、是如何呢？运动情况又是如何呢？ （重力不计）（重力不计）探究实验探究实验1:用磁铁靠近示波器的显示屏现象：屏中的图像位置发生了变化v原因：电子受到外磁场的影响，其运动轨迹发生了变化。那么匀强磁场是怎样改变电子的运动轨迹的呢？探究实验探究实验2（1）认识洛伦兹力演示仪）认识洛伦兹力演示仪励磁线圈（亥姆霍兹线圈）：作用励磁线圈（亥姆霍兹线圈）：作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈是能在两线圈之间产生平行于两线圈中心连线的匀强磁场中心连线的匀强磁场加速电场：作用是改加速电场：作用是改变电子束出射的速度变电子束出射的速度电子枪：射出电子电子枪：射出电子v洛伦兹力演示仪洛伦兹力演示仪探究过程探究过程：（

3、请大家先理论分析一下，写上答案）：（请大家先理论分析一下，写上答案）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，改变磁感应强、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，改变出射电子的速、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度，观察电子束径迹的变化（3）实验结论）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。粒子射入速度不变，磁感应强度增大，轨道半径减

4、小。磁感应强度不变，粒子射入的速度增加，轨道半径也增大不加磁场时电子束的径迹为一直线问题：为什么会有以上实验现象？问题：为什么会有以上实验现象？设带电体电量为设带电体电量为q，质量为，质量为m，速度为，速度为v，垂直进入垂直进入磁感应强度为磁感应强度为B的匀强磁场中。的匀强磁场中。求带电体做匀速圆周运动的轨道半径和周期。求带电体做匀速圆周运动的轨道半径和周期。1）、圆周运动的半径）、圆周运动的半径mvRqB2）、圆周运动的周期）、圆周运动的周期2 mTqB2vqvBmR2 RTv注意注意:周期与半径、速度无关周期与半径、速度无关注意注意:半径与比荷半径与比荷(q/m)成反比成反比经典例题v【例

5、题例题1】(双)关于带电粒子在磁场中的运动，下列说法正确的是：（ ）vA、带电粒子飞入匀强磁场后，一定做匀速圆周运动vB、带电粒子飞入匀强磁场后做匀速圆周运动时，速度一定不变vC、带电粒子飞入匀强磁场后做匀速圆周运动时，洛仑兹力的方向总和运动方向垂直vD、带电粒子飞入匀强磁场后做匀速圆周运动时，动能一定保持不变CD经典例题【例2】如图所示，一质量为m电量为q的粒子以速度v垂直射入磁感强度为B，宽度为d的匀强磁场中，穿透磁场时速度方向与粒子原来入射方向的夹角是30，则该粒子带正电还是负电？ 其运动轨迹半径是多少？ 穿透磁场的时间是多少？例2解答由左手定则可知：该粒子带负电。 由几何知识可知其半径

6、是2d由题知其运动周期为 穿透磁场的时间是t=(30/360)T=(1/12)T=2 mTqB经典例题v【例题例题3】 一个带电粒子，沿垂直于磁场的方向射入一一个带电粒子，沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场粒子的一段径迹如图所示径迹上的每一匀强磁场粒子的一段径迹如图所示径迹上的每一小段都可近似看成圆弧由于带电粒子使沿途的空气小段都可近似看成圆弧由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减少（带电量不变），从图中电离，粒子的能量逐渐减少（带电量不变），从图中情况可以确定（情况可以确定（ ）vA粒子从粒子从a到到b，带正电，带正电 B粒子从粒子从b到到a，带正电，带正电vC粒子从粒子从a到到b，带

7、负电，带负电 v D粒子从粒子从b到到a，带负电，带负电 B如果带电粒子并如果带电粒子并不是垂直进入不是垂直进入匀强磁匀强磁场其运动轨迹又当如何？场其运动轨迹又当如何？探究实验探究实验3：V与与B不垂直时的运动不垂直时的运动【例题例题4】如图所示：一个质量为如图所示：一个质量为m m、电荷量、电荷量为为q q的粒子，从容器下方的小孔的粒子，从容器下方的小孔S S1 1飘入电势差飘入电势差为为U U的加速电场，然后经过的加速电场，然后经过S S3 3沿着与磁场垂直沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为的方向进入磁感应强度为B B的匀强磁场中，最的匀强磁场中，最后打到照相底片后打到照相底片D D上（

8、如图）上（如图）（1 1）求粒子进入磁场）求粒子进入磁场是的速率。是的速率。（2 2）求粒子在磁场中）求粒子在磁场中运动的轨道半径。运动的轨道半径。v解：解：(1)粒子在粒子在S1区做初速度为零的匀加速直区做初速度为零的匀加速直线运动由动能定理知，粒子在电场中得到线运动由动能定理知，粒子在电场中得到的动能等于电场对它所做的功，即的动能等于电场对它所做的功，即mv2qUv由此可得由此可得v。v(2)粒子做匀速圆周运动所需的向心力是由粒粒子做匀速圆周运动所需的向心力是由粒子所受的洛伦兹力提供，即子所受的洛伦兹力提供，即qvBmv所以粒子的轨道半径为所以粒子的轨道半径为rmv/qB质谱仪v1、试述质

9、谱仪的结构。、试述质谱仪的结构。v2、试述质谱仪的工作原理。、试述质谱仪的工作原理。质谱仪由静电加速器、速度选择质谱仪由静电加速器、速度选择器、偏转磁场、显示屏等组成。器、偏转磁场、显示屏等组成。电荷量相同而质量有微小差别的粒子，打到照相电荷量相同而质量有微小差别的粒子，打到照相底片不同的地方，在底片上形成若干谱线状的细底片不同的地方，在底片上形成若干谱线状的细条，叫质谱线，每一条对应于一定的质量，从谱条，叫质谱线，每一条对应于一定的质量，从谱线的位置可以知道圆周的半径线的位置可以知道圆周的半径r，如果再已知带电，如果再已知带电粒子的电荷量粒子的电荷量q，就可算出它的质量。，就可算出它的质量。

10、我们可以用装置来我们可以用装置来测量比荷或算出质测量比荷或算出质量和分析同位素量和分析同位素.3、什么是同位素？、什么是同位素？4、试述质谱仪的主要用、试述质谱仪的主要用途。途。质子数相同而质量数不质子数相同而质量数不同的原子互称为同位素。同的原子互称为同位素。 经典练习v【例题例题5】如图是质谱仪的工作原理示意图，带电粒子被加速电如图是质谱仪的工作原理示意图，带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器速度选择器内相互正交的匀强磁场加速后，进入速度选择器速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为场和匀强电场的强度分别为B和和E.平板平板S上有可让粒子通过的狭上有可让粒子通过的狭缝缝P和记录粒子位置的胶片和记录粒子位置的胶片A1A2.平板平板S下方有强度为下方有强度为B0的匀强的匀强磁场下列表述不正确的是：磁场下列表述不正确的是：()vA质谱仪是分析同位素的重要工具质谱仪是分析同位素的重要工具vB速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外vC能通过狭缝能通过狭缝P的带电粒子的速率等于的带电粒子的速率等于E/BvD粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝粒子打在胶片上