高中物理-带电粒子在匀强磁场中的运动教学课件设计

带电粒子在匀强磁场中的运动复习：洛伦兹力？1、大小：F＝qvBsinα（α是V与B间的夹角）2、方向：用左手定则判断3、对运动电荷永不做功：因为F始终垂直于v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）1、理论推导匀速直线运动2、实验（1）洛伦兹力演示仪加速电压选择挡磁场强弱选择挡电子枪亥姆霍兹线圈演示：

用洛伦兹力演示仪观察运动电子在磁场中的偏转。首先进行讨论，根据洛伦兹力的知识预测电子束的径迹，然后观察检验你的预测。

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①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。②磁感应强度不变，粒子射入的速度增加，轨道半径也增大。③粒子射入速度不变，磁感应强度增大，轨道半径减小。圆心一定在与速度方向垂直的直线上1.速度特征：

速度大小不变，而方向随时间变化。

2.半径特征：3.周期特征周期T与运动速度及运动半径无关

通过威尔逊云室显示的正负电子在匀强磁场中的运动径迹

通过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（1）不同带电粒子的径迹半径为何不同？（2）同一径迹上为什么曲率半径越来越小？

例1、如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场中，有a、b两个电子从同一处沿垂直磁感线方向开始运动，a的初速度为v，b的初速度为2v．则

A．a先回到出发点

B．b先回到出发点

C．a、b的轨迹是一对内切圆，且b的半径大

D．a、b的轨迹是一对外切圆，且b的半径大ab

例2、一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一个匀强磁场，粒子后段轨迹如图所示，轨迹上的每一小段都可近似看成是圆弧.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).从图中情况可以确定

A.粒子从a到b，带正电

B.粒子从b到a，带正电

C.粒子从a到b，带负电

D.粒子从b到a，带负电

例3、一带电粒子在磁感强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，如它又顺利进入另一磁感强度为2B的匀强磁场中仍做匀速圆周运动，则

A、粒子的速率加倍，周期减半

B、粒子的速率不变，轨道半径减半

C、粒子的速率减半，轨道半径变为原来的1/4D、粒子速率不变，周期减半一个质量为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，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上求：（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结构与原理加速电场：使带电粒子加速

v=偏转磁场区：使带电粒子轨迹发生偏转，并被拍照

偏转半径

r=mv/qB=发明者：阿斯顿（汤姆生的学生）精密测量带电粒子质量和分析同位素（测荷质比）的仪器

二、质谱仪

例4、如图所示，a、b、c、d为四个正离子，电量相等，速度大小关系为va＜vb=vc＜vd，质量关系为ma=mb＜mc=md，同时沿图示方向进入粒子速度选择器后，一粒子射向P1板，一粒子射向P2板，其余两粒子通过速度选择器后，进入另一磁场，分别打在A1和A2两点。则射到P1板的是____粒子，射到P2板的是___粒子，打在A1点的是____粒子，打在A2点的是____粒子。adcb

例5、质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看作为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x，可以判断

A、若离子束是同位素，则x越大，离子质量越大

B、若离子束是同位素，则x越大，离子质量越小

C、只要x相同，则离子质量一定相同

D、只要x相同，则离子的荷质比一定相同

例6、如图所示，一质量为m，电荷量为q的粒子从容器A下方小孔S1飘入电势差为U=800V的加速电场，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B=0.40T的匀强磁场中，最后打到底片D上.测得粒子在磁场中运动的轨道半径为r=5cm。求带电粒子的比荷是多少？答案：三、回旋加速器

要认识原子核内部的情况，必须把核“打开”进行“观察”。然而，原子核被强大的核力约束，只有用极高能量的粒子作为“炮弹”去轰击，才能把它“打开”。产生高能“炮弹”的“工厂”就是各种各样的粒子加速器。三、回旋加速器1.加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加，qU=Ek．2.直线加速器，多级加速如图所示是多级加速装置的原理图：（一）直线加速器3.困难：技术上不能产生过高电压；加速设备长。三、回旋加速器（一）直线加速器（二）回旋加速器

解决上述困难的一个途径是把加速电场“卷起来”，用磁场控制轨迹，用电场进行加速。

回旋加速器的核心部分是Ｄ形金属盒，两Ｄ形盒之间留有窄缝，中心附近放置离子源(如质子、氘核或粒子源等)。在两Ｄ形盒间接上交流电源于是在缝隙里形成一个交变电场。Ｄ形盒装在一个大的真空容器里，整个装置放在巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中，这磁场的方向垂直于Ｄ形盒的底面。1931年，加利福尼亚大学的劳伦斯提出了一个卓越的思想，通过磁场的作用迫使带电粒子沿着磁极之间做螺旋线运动,把长长的电极像卷尺那样卷起来，发明了回旋加速器，第一台直径为27cm的回旋回速器投入运行，它能将质子加速到1Mev。

1939年劳伦斯获诺贝尔物理奖。三、回旋加速器三、回旋加速器原理：电场使粒子加速，磁场使粒子回旋。回旋周期：，与半径、速度的大小无关。离盒时粒子的最大动能：与加速电压无关，由半径决定。

此加速器可将质子和氘核加速到1MeV的能量，为此1939年劳伦斯获得诺贝尔物理学奖.1932年劳伦斯研制第一台回旋加速器的D型室.三、回旋加速器三、回旋加速器我国于1994年建成的第一台强流质子加速器，可产生数十种中短寿命放射性同位素.例7、关于回旋加速器，下列说法正确的是A．电场和磁场都是用来加速粒子的B．电场用来加速粒子，磁场仅使粒子做圆周运动C．粒子经加速后具有的最大动能与加速电压值有关D．为了是粒子不断获得加速，粒子圆周运动的周期等于交流电的半周期

例8、有一回旋加速器，他的交变电压的频率为，半圆形电极的半径为0.532m。问加速氘核所需的磁感应强度为多大？氘核所能达到的最大动能为多大？其最大速率有多大？（已知氘核的质量为电荷