物理：3.6《带电粒子在匀强磁场中的运动》PPT课件(新人教版 选修3-1)

1、第三章磁场,第六节带电粒子在匀强磁场中的运动,讨论：,若带电粒子（不计重力）以沿着与匀强磁场垂直的方向射入磁场，粒子将如何运动？,2、洛伦兹力的方向总是与速度方向垂直，洛伦兹力只会改变粒子速度的方向，不会改变其大小。,1、由于是匀强磁场，洛伦兹力大小保持不变,3、该带点粒子将会做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。,洛伦兹力演示器,实验：,实验：,观察1：不加磁场时电子束轨迹,结论：轨迹是一条直线,判断：若加逆时针的励磁电流，磁场方向如何，电子偏转方向将如何？,观察2,判断：若加顺时针的励磁电流，磁场方向如何，电子偏转方向将如何？,观察3,实验：,结论1：不加磁场时电子束轨迹轨迹是一条直线,结论

2、2: 带电粒子垂直于磁场方向进入磁场后将做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。,观察3：改变加速电压和励磁电流时，电子束轨迹半径有何变化？如何解释？,一、带电粒子运动轨迹的半径,匀强磁场中带电粒子运动轨迹的半径与哪些因素有关？,思路: 带电粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。,可见r与速度V、磁感应强度B、粒子的比荷有关,例1：一个带电粒子，沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场粒子的一段径迹如下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电离，粒子的能量逐渐减小(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a到b，带负电 C粒子从b到a，带正电 D粒子从b到

3、a，带负电,C,应用：,同一磁场中不同带电粒子的迹径不同,能否根据带电粒子的运动轨迹分辨初速度为零但比荷不同的粒子？,质谱仪,通过测出粒子圆周运动的半径，计算粒子的比荷或质量及分析同位素的仪器.,例2： 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，其初速度几乎为零，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。 （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。,可见半径不同意味着比荷不同，意味着它们是不同的粒子,二、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时周期,带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时周期有何

4、特征？,可见同一个粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与速度无关,回旋加速器就是根据这一特点设计的,加速器 1.直线加速器,2回旋加速器,回旋加速器,两D形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙有交变电场。,电场使粒子加速，磁场使粒子回旋。,粒子回旋的周期不随半径改变。让电场方向变化的周期与粒子回旋的周期一致，从而保证粒子始终被加速。,在磁场中做圆周运动,周期不变 每一个周期加速两次 电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相同 电场一个周期中方向变化两次 粒子加速的最大速度由盒的半径决定 电场加速过程中,时间极短,可忽略,结论,例3：关于回旋加速器的工作原理，下列说法正确的是：,(A),例4：垂直纸面

5、向外的匀强磁场仅限于宽度为d的条形区域内，磁感应强度为B一个质量为m、电量为q的粒子以一定的速度垂直于磁场边界方向从点垂直飞入磁场区，如图所示，当它飞离磁场区时，运动方向偏转角试求粒子在磁场中运动的时间t,三、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的时间,四、带电粒子在磁场中运动情况研究,1、找圆心：方法 2、定半径： 3、确定运动时间：,注意：用弧度表示,1、物理方法：,作出带电粒子在磁场中两个位置所受洛仑兹力，沿其方向延长线的交点确定圆心，从而确定其运动轨迹。,2、物理和几何方法：,作出带电粒子在磁场中某个位置所受洛仑兹力，沿其方向的延长线与圆周上两点连线的中垂线的交点确定圆心，从而确定其运动

6、轨迹。,3、几何方法：,圆周上任意两点连线的中垂线过圆心 圆周上两条切线夹角的平分线过圆心 过切点作切线的垂线过圆心,如图，虚线上方存在无穷大的磁场，一带正电的粒子质量m、电量q、若它以速度v沿与虚线成300、900、1500、1800角分别射入，请你作出上述几种情况下粒子的轨迹、并求其在磁场中运动的时间。,例：有界磁场中粒子运动轨迹的确定,入射角300时,入射角1500时,粒子在磁场中做圆周运动的对称规律： 从同一直线边界射入的粒子，从同一边界射出时，速度与边界的夹角相等。,1、两个对称规律：,五、临界问题,例：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