人教版3.6带电粒子在磁场中的运动

1、第三章磁场,3.6带电粒子在匀强磁场中的运动,复习,通电导线在磁场中所受到的安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。,1、什么是洛伦兹力？它与安培力的关系？,洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的作用力,2、洛伦兹力的方向如何判定？ 此力是否对带电粒子做功？,洛伦兹力的方向由左手定则判定 （1）四指指正电荷的运动方向， 或指负电荷运动的反方向。 （2）洛伦兹力垂直于且与、 所在 的平面垂直，所以洛伦兹力不做功,4、带电粒子在电场和磁场中受力情况有 何不同？,3、带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？,（1）当电荷运动方向与磁场方向垂直（vB）时， f=qvB. （2）当电荷运动方向与磁场方向平行（

2、v / B)时， 电荷不受洛伦兹力.,带电粒子置于电场中必受电场力，与运动状态无关，但在磁场中洛伦兹力的大小和方向与运动状态有关,问题1 在不计重力的情况下，带电粒子平行电场方向进入匀强电场时会做什么运动呢？,E,问题2 在不计重力的情况下，带电粒子平行磁场方向进入匀强磁场时会做什么运动呢？,B,问题3 在仅受电场力的情况下，带电粒子垂直电场方向进入匀强电场时会做什么运动呢？,+,问题4 在仅受磁场力的情况下，带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时会做什么运动呢？,？,类平抛运动,匀速圆周运动,洛伦兹力演示器,实验：,演示实验,问题5 在仅受磁场力的情况下，带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时为什么

3、会做匀速圆周运动呢？,问题6 带电粒子进入匀强磁场做匀速圆周运动的半径与哪些因素有关呢？,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a，带负电,C,应用：,同一磁场中不同带电粒子的迹径不同,

4、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.,带电粒子的电荷量与质量之比，叫比荷 (也叫荷质比 )，测定带电粒子荷质比的仪器叫质谱仪，质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具。将质量不等、电荷数相等的带电粒子经同一电场加速再垂直进入同一匀强磁场，由于粒子质量不同，引起轨迹半径不同而分开，进而分析某元素中所含同位素的种类和不同成分。,二、质谱仪,质谱仪的结构,（1）加速系统s1、s2部分 （2）滤速器s2、s3、p1、p2组成 （3）探测带电粒子荷质比的主体部分s3以后部分组成,L,S3,B1,B2

5、,【例题】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 的匀强磁场中，最后打到照相底片上求： （）求粒子进入磁场时的速率 （）求粒子在磁场中运动的轨道半径,【例题】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 的匀强磁场中，最后打到照相底片上求： （）求粒子进入磁场时的速率 （）求粒子在磁场中运动的轨道半径,解答：,质谱仪的原理,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

6、/qB=,发明者：阿斯顿（汤姆生的学生 ）,背景材料,人类在科学研究领域往往需要用到能量很大的高能粒子，需要发明出能加速粒子的装置，粒子加速器就是这样应运而生的。,粒子加速器,粒子加速器的种类：,直线加速器,回旋加速器,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：,直线加速器,由动能定理得带电粒子经n极的电场加速后增加的动能为：,3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,回旋加速器,（1）作用：产生高速运动的粒子,（2）原理,1）、两D形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙有交变电场。,2）、交变电场的周期等于粒子做匀速圆周运动的周期。,3）、粒子最后出加速器的速度大小由盒的半径决定。,例：关于回旋加速器的工作原理，下列说法正确的是：,(A),1、利用磁场控制带电粒子的偏转。 2、质谱仪的工作原理。,【小结】,巩固练习,1、书中P1021题 2、练习册“举一反三”,【作业】,1、P1023题 2、练习册“举一反三”,1、在S1S2之间粒子的受力方向与它的运动方向是否在通一条直线上？,2、粒子经S2进入并能由S3穿出，它在S2、S3之间的运动是直线运动吗？,3、粒子在S2、S3之间受几个力的作用