带电粒子在电磁场中的运动

1、带电粒子在电磁场中的运动天津市九十六中学天津市九十六中学 谌林莉谌林莉新人教版新人教版1E+Vqm2BVqm3同时同时分别分别交替交替问题问题1 1问题问题2 2问题问题3 3问题问题4 4如如果果匀强电场和匀强磁场匀强电场和匀强磁场同时同时在一个空间出现在一个空间出现中，中，带电粒子的带电粒子的运动运动会出现哪些可能情况会出现哪些可能情况？问题问题1 1+E-BV研究基本问题研究基本问题 探究解决方法探究解决方法一、带电粒子在电磁场共存空间的运动一、带电粒子在电磁场共存空间的运动问题问题2 2问题问题3 3问题问题4 4V+若若改改为为带带负负电的粒子射入，能做直线运动吗电的粒子射入，能做直

2、线运动吗？改变电量呢？改变电量呢？问题问题2 2E-B一、带电粒子在电磁场共存空间的运动一、带电粒子在电磁场共存空间的运动研究基本问题研究基本问题 探究解决方法探究解决方法问题问题3 3问题问题4 4若从改变方向从右侧射入场区呢？若从改变方向从右侧射入场区呢？问题问题3 3+E-BV一、带电粒子在电磁场共存空间的运动一、带电粒子在电磁场共存空间的运动研究基本问题研究基本问题 探究解决方法探究解决方法问题问题4 4若此时想使带电粒子仍做匀速直线运动，如何调整？若此时想使带电粒子仍做匀速直线运动，如何调整？问题问题4 4+E-BV一、带电粒子在电磁场共存空间的运动一、带电粒子在电磁场共存空间的运动

3、研究基本问题研究基本问题 探究解决方法探究解决方法思考思考：粒子源发射的粒子，如果粒子源发射的粒子，如果电场电场E E和磁场和磁场B B恒定，恒定， 满足什么条件的粒子会射出？满足什么条件的粒子会射出？速度选择器速度选择器 BEEqqBFFvv电洛电性电性电量电量速度速度比荷比荷研究基本问题研究基本问题 探究解决方法探究解决方法思考思考：速度选择器对粒子的电性没有选择性，一束正、速度选择器对粒子的电性没有选择性，一束正、负粒子以速度负粒子以速度v进入均能直线穿过，将进入均能直线穿过，将电场撤去电场撤去，会怎，会怎样？样？B磁流体发电机是一种新磁流体发电机是一种新型的技术，型的技术，是将高达摄是

4、将高达摄氏氏30003000度、速度达到度、速度达到10001000米秒的高温高速米秒的高温高速气体（气体（等离子体等离子体），喷），喷射到磁场中去，就会在射到磁场中去，就会在极板间获得极板间获得稳定的电压稳定的电压，从而将气体的内能转化从而将气体的内能转化为电能。为电能。你能你能画出俯视图，并画出俯视图，并用所学过的知识简述其原理吗？用所学过的知识简述其原理吗？建立物理模型建立物理模型 分析应用实例分析应用实例探究探究1 1：探究探究2 2：为了测量某工厂的污水为了测量某工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污排放量，技术人员在该厂的排污管道中安放了流量计管道中安放了流量计。如图为电如图为电磁

5、流量计的示意图磁流量计的示意图,在非磁性材料在非磁性材料做成的圆管道外加一匀强磁场做成的圆管道外加一匀强磁场,当当管中的管中的导电液体导电液体流过此磁场区域流过此磁场区域时时,测出管壁上的两点间稳定的电测出管壁上的两点间稳定的电势差势差U,就可以知道管中液体的流就可以知道管中液体的流量量Q(单位时间内流过液体的体单位时间内流过液体的体积积).已知管的直径为已知管的直径为d,磁感应强度为磁感应强度为B,你能你能画出俯视图，并画出俯视图，并推导出推导出Q和和U的关系吗？的关系吗？电磁流量计电磁流量计u建立物理模型建立物理模型 分析应用实例分析应用实例vdQ2)2(BvqqdUBdUQ4vBdabU

6、+-建立物理模型建立物理模型 分析应用实例分析应用实例 思考：思考： 一束混合的带电粒子（初速为一束混合的带电粒子（初速为0，不计重力），经，不计重力），经电场电场U1加速后，加速后，怎样才能区分粒子的运动轨迹？怎样才能区分粒子的运动轨迹？U2研究基本问题研究基本问题 探究解决方法探究解决方法质谱仪质谱仪二、带电粒子在电磁场组合空间的运动二、带电粒子在电磁场组合空间的运动探究探究3 3：质谱仪的种类有很多，你能区分以上两种质谱仪质谱仪的种类有很多，你能区分以上两种质谱仪的功能吗？的功能吗？建立物理模型建立物理模型 分析应用实例分析应用实例小史料： 1897 1897年汤姆逊测量阴极射线粒子的比

7、荷实验年汤姆逊测量阴极射线粒子的比荷实验。装置如图：适当调节装置如图：适当调节E E和磁场和磁场B B，使粒子束在电场和磁，使粒子束在电场和磁场的作用下场的作用下沿直线前进；沿直线前进；然后将电场撤去，粒子束发生然后将电场撤去，粒子束发生偏转射在荧光屏上偏转射在荧光屏上 ，通过几何参数的测量可以，通过几何参数的测量可以求得粒子的比荷求得粒子的比荷，其值比当时已知的氢离子的比荷大千，其值比当时已知的氢离子的比荷大千余倍，汤姆逊把这些粒子命名为余倍，汤姆逊把这些粒子命名为“电子电子”。汤姆逊由此汤姆逊由此而获得了而获得了19190606年诺年诺贝尔物理学奖。贝尔物理学奖。O建立物理模型建立物理模型

8、 分析应用实例分析应用实例小史料： 现在教科书上都说，金属导电靠的是电子。现在教科书上都说，金属导电靠的是电子。我们怎么知道？我们怎么知道？18971897年汤姆逊发现电子后，曾有两位年汤姆逊发现电子后，曾有两位科科学家学家托尔曼托尔曼和和斯图尔特斯图尔特曾用实验方法来证明：让一曾用实验方法来证明：让一块运动的金属导体突然刹车，其中的块运动的金属导体突然刹车，其中的带电离粒带电离粒子便会因子便会因为惯性而聚集到前端使之带电，而后为惯性而聚集到前端使之带电，而后端端因为缺少这种电因为缺少这种电荷而带相反的电荷，于是导体前后两端之间形成电势差荷而带相反的电荷，于是导体前后两端之间形成电势差U U，

9、测出电势差可计算，测出电势差可计算带电离粒带电离粒子的比荷子的比荷。实验实验结果结果表表明金属中的导电粒子的比荷明金属中的导电粒子的比荷的确和电子的比荷相符的确和电子的比荷相符。UaLUaLmq建立物理模型建立物理模型 分析应用实例分析应用实例劳伦斯与劳伦斯与回旋加速器回旋加速器加加强交流互动强交流互动 关注科技发展关注科技发展电场、磁场对电场、磁场对带电粒子作用带电粒子作用粒子加速器粒子加速器单级加速器单级加速器多级加速器多级加速器回旋加速器回旋加速器回旋同步加回旋同步加速器速器超导磁铁同超导磁铁同步加速器步加速器小史料：加加强交流互动强交流互动 关注科技发展关注科技发展2008.9.10加

10、加强交流互动强交流互动 关注科技发展关注科技发展 伯克利伯克利辐射辐射实验室实验室是劳伦斯先生于是劳伦斯先生于19311931年建立的，早期关注于高能年建立的，早期关注于高能物理领域的研究，建起了世界上第一台回旋加速器和后来的超重离子直线物理领域的研究，建起了世界上第一台回旋加速器和后来的超重离子直线加速器和高能重离子加速器加速器和高能重离子加速器。发现了一系列超重元素，开辟了放射性同位发现了一系列超重元素，开辟了放射性同位素、重离子科学等研究方向，成为美国乃至世界核物理学的圣地。劳伦斯素、重离子科学等研究方向，成为美国乃至世界核物理学的圣地。劳伦斯终身为加速器的设计、建造和运行奋斗不息，在他的领导和培养下，或在终身为加速器的设计、建造和运行奋斗不息，在他的领导和培养下，或在同他的合作中，许多人都做出了重大的科学贡献。同他的合作中，许多人都做出了重大的科学贡献。该实验室该实验室一共培养了一共培养了5 5 位诺贝尔物理学奖得主和位诺贝尔物理学奖得主和4 4 位诺贝尔化学奖位诺贝