（带电粒子在匀强磁场中的运动）物理选修3-1教学课件

1、讲解人：精品课件 时间：2020.5.20MENTAL HEALTH COUNSELING PPT第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动第三章 磁场人教版高中物理选修3-1第一页，共二十一页。课堂导入美国费米实验室的回旋加速器直径长达2km，那么回旋加速器的直径为什么要这么大呢？第二页，共二十一页。1.理论探究问题：判断下图中带电粒子（电量q，重力不计）所受洛伦兹力的大小方向及运动性质.匀速直线运动F=qvBF=0猜想：匀速圆周运动？一、带电粒子在匀强磁场中的运动第三页，共二十一页。V-F洛V-F洛V-F洛V-F洛洛伦兹力只起向心力的作用，所以只在洛仑兹力的作用下，带电粒子将作匀速圆周运动.推理验

2、证洛伦兹力对带电粒子不做功，使得粒子速度的大小不变，所以洛伦兹力大小也不改变；而且洛伦兹力总与速度方向垂直，正好起到了向心力的作用.一、带电粒子在匀强磁场中的运动第四页，共二十一页。进一步探究一带电量为q质量为m速度为v的带电粒子,垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，试推导其作圆周运动的半径和周期分别是多大？说明:(1)轨道半径与粒子的运动速率成正比.(2)周期与圆半径及运动速率均无关.一、带电粒子在匀强磁场中的运动第五页，共二十一页。亥姆霍兹线圈电 子枪磁场强弱选择挡（1）洛伦兹力演示仪加速电压选择挡励磁线圈（亥姆霍兹线圈）：能在两线圈之间产生平行于两线圈中心连线的匀强磁场.加速电场：改变电

3、子束射出的速度.电子枪：射出电子.2.实验验证一、带电粒子在匀强磁场中的运动第六页，共二十一页。（2）实验演示不加磁场时观察电子束的径迹.给励磁线圈通电，观察电子束的径迹.保持出射电子的速度不变，改变磁感应强度，观察电子束径迹的变化.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.一、带电粒子在匀强磁场中的运动第七页，共二十一页。洛伦兹力演示仪一、带电粒子在匀强磁场中的运动第八页，共二十一页。（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.磁感应强度不变粒子射入的速度增大，轨道半径也增大.粒子射入速度不变，磁感应强度增大，轨道半径减小.【归纳总结

4、】一、带电粒子在匀强磁场中的运动第九页，共二十一页。格雷塞尔气泡室显示的带电粒子在匀强磁场中的运动径迹一、带电粒子在匀强磁场中的运动有的粒子运动过程中能量降低，速度减小，径迹就呈螺旋形.第十页，共二十一页。【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的匀强磁场中，穿透磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是30，则电子的质量是 ，穿透磁场的时间是 .典型例题第十一页，共二十一页。【例2】.长为L的水平极板间，有垂直纸面向内的匀强磁场，如图所示，磁感强度为B，板间距离也为L，板不带电，现有质量为m，电量为q的带正电粒子（不计重力），从左边极板间中点处垂直磁感线

5、以速度v水平射入磁场，欲使粒子不打在极板上，可采用的办法是：（ AB ）A使粒子的速度vC使粒子的速度vD使粒子的速度典型例题第十二页，共二十一页。1.质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素(测比荷）的工具2.半径的推导可见半径不同则比荷不同，就意味着它们是不同的粒子.二、探究质谱仪的原理第十三页，共二十一页。(一）直线加速器缺陷：直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间范围内制造直线加速器受到一定的限制由动能定理得带电粒子经n极电场加速后增加的动能为：三、回旋加速器的原理第十四页，共二十一页。1.结构： (1)两个D形盒及两个大磁极 (2)D形盒间的窄缝 (3)高频交流电（二）回旋加速器三、回

6、旋加速器的原理第十五页，共二十一页。2.原理（1）电场的作用：使粒子加速 （2）磁场的作用：使粒子回旋 （3）交变电压：保证带电粒子 每次经过窄缝时都被加速思考：粒子不断加速，它的速度和半径都在不断增大，为了满足同步条件，电源的频率也要相应发生变化吗？ 不需变化，因为带电粒子在匀强磁场中的运动周期 ，与运动速率无关.三、回旋加速器的原理第十六页，共二十一页。回旋加速器的原理分析三、回旋加速器的原理第十七页，共二十一页。问题1：已知D形盒的直径为D，匀强磁场的磁感应强度为B，交变电压的电压为U，求:(1)从出口射出时，粒子的动能Ek=? (2)要增大粒子的最大动能可采取哪些措施?DV=？UB典型例题第十八页，共二十一页。问题2：D越大，EK越大，是不是只要D不断增大，EK 就可以无限制增大呢?实际并非如此这是因为当粒子的速率大到接近光速时，按照相对论原理，粒子的质量将随速率增大而明显地增加，从而使粒子的回旋周期也随之变化，这就破坏了加速器的同步条件典型例题第十九页，共二十一页。带电粒子在匀强磁场中的运动vBvB应用匀速直线运动匀速圆周运动回旋加速器原理：半径：周期：电场加速磁