课件34张PPT。带电粒子在匀强磁场中的运动（1）1. 洛伦兹力产生的条件？
2. 洛伦兹力的大小和方向如何确定？
3. 洛伦兹力有什么特点？思 考：射入匀强磁场中的带电粒子将做怎样的 运动呢？复习：一、带电粒子在匀强磁场中的运动1. 理论推导[问题1] 带电粒子平行射入匀强磁场的运动状 态？ （重力不计）一、带电粒子在匀强磁场中的运动1. 理论推导[问题1] 带电粒子平行射入匀强磁场的运动状 态？ （重力不计）匀速直线运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动[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[问题1] 带电粒子平行射入匀强磁场的运动状 态？ （重力不计）匀速直线运动 （1）v⊥B时 ，洛伦兹力的方向与速度 方向的关系？
（1）v⊥B时 ，洛伦兹力的方向与速度 方向的关系？
——垂直 （1）v⊥B时 ，洛伦兹力的方向与速度 方向的关系？
（2）带电粒子仅在洛伦兹力的作用下， 粒子的速率变化么？能量呢？
——垂直 （1）v⊥B时 ，洛伦兹力的方向与速度 方向的关系？
（2）带电粒子仅在洛伦兹力的作用下， 粒子的速率变化么？能量呢？
（3）洛伦兹力如何变化？
——垂直 （1）v⊥B时 ，洛伦兹力的方向与速度 方向的关系？
（2）带电粒子仅在洛伦兹力的作用下， 粒子的速率变化么？能量呢？
（3）洛伦兹力如何变化？
（4）从上面的分析，你认为垂直于匀强 磁场方向射入的带电粒子，在匀强磁场中的 运动状态如何？——垂直一、带电粒子在匀强磁场中的运动1. 理论推导 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。一、带电粒子在匀强磁场中的运动1. 理论推导 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。[问题3] 推导粒子在匀强磁场中做匀速圆周运 动的圆半径r和运动周期T，与粒子的 速度v和磁场的强度B的关系表达式。一、带电粒子在匀强磁场中的运动1. 理论推导（1）圆周运动的半径（2）圆周运动的周期（1）圆周运动的半径（2）圆周运动的周期（1）圆周运动的半径（2）圆周运动的周期（1）圆周运动的半径（2）圆周运动的周期加速电压 选择挡亥姆霍 兹线圈电子枪磁场强弱 选择挡2. 实验验证：洛伦兹力演示器[构造] ①电子枪：射出电子
②加速电场：作用是改变电子束出射的速度
③励磁线圈：作用是能在两线圈之间产生平 行于两线圈中心的连线的匀强磁场（1） 洛伦兹力演示仪（1） 洛伦兹力演示仪[工作原理] 由电子枪发出的电子射线可以使管 的低压水银蒸汽发出辉光，显示出电子的径迹 两个平行的通电环形线圈可产生沿轴线 方向的匀强磁场（2）实验演示a. 不加磁场时观察电子束的径迹（2）实验演示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（2）实验演示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（2）实验演示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（2）实验演示（3）实验结论（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。
（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磁场强度不变，粒子射入的速度增加, 轨道半径也增大。
（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磁场强度不变，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，磁场强度增大， 轨道半径减小。
（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磁场强度不变，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，磁场强度增大， 轨道半径减小。
④周期与粒子速度无关。B越大T越小。 B越小，T越大。 1. 如图，水平导线中有电 流I通过，导线正下方的电子初 速度的方向与电流I的方向相同， 则电子将（ ） A. 沿路径a运动，轨迹是圆 B. 沿路径a运动，轨迹半径越来越大 C. 沿路径a运动，轨迹半径越来越小 D. 沿路径b运动，轨迹半径越来越小[课堂练习] 1. 如图，水平导线中有电 流I通过，导线正下方的电子初 速度的方向与电流I的方向相同， 则电子将（ ） A. 沿路径a运动，轨迹是圆 B. 沿路径a运动，轨迹半径越来越大 C. 沿路径a运动，轨迹半径越来越小 D. 沿路径b运动，轨迹半径越来越小[课堂练习]B 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， 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)求粒子在磁场中的轨道半径。[课堂练习]《考一本》 第三章第六节作 业课件26张PPT。带电粒子在匀强磁场中的运动（2）二、实际应用（一）质谱仪测量带电粒子质量
分析同位素关于质谱仪的分析计算方法质谱仪主要由三部分构成 例1. 图所示是一种质谱仪的示意图，从离子源
S产生的正离子，经过S1和S2之间的加速电场，进
入速度选择器，P1和P2间的电场强度为E，磁感应
强度为B1，离子由S3射出后进入磁感应强度为B2
的匀强磁场区域，由于各种离子的轨道半径R不
同，而分别射到底片上不同的位置，形成谱线。
(1)若已知S1、S2间的加速
电压为U，并且磁感应强度B2，
半径R也是已知的，则离子的
比荷 为多少？ (2)若已知速度选择器中的电场强度E
和磁感应强度B1，R和B2也知道，则离子的
比荷为多少？
(3)要使氢的同位素氘和氚的正离子经
加速电场和速度选择器以相同的速度进入
磁感应强度为B2的匀强磁场。(设进入加速
电场时速度为零)
①若保持速度选择器的E和B1不变，则
加速电场S1、S2间的电压比应为多少？
②它们谱线位置到狭缝S3的距离之比
为多少？解析： 1931年，加利福尼亚大 学的劳伦斯斯出了一个卓越 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的回旋加速器投入运 行，它能将质子加速到 1Mev。1939年劳伦斯获诺贝 尔物理奖。（二） 回旋加速器（二） 回旋加速器 (1)1932年美国物理学家劳伦斯发明了回 旋加速器，实现了在较小的空间范围内进行 多级加速；
(2)工作原理：利用电场对带电粒子的加 速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得 高能粒子，这些过程在回旋加速器的核心部 件——两个D形盒和其间的窄缝内完成。U（二） 回旋加速器 [例2] 回旋加 速器中磁场的磁感 应强度为B，D形盒 的半径为R，用该回 旋加速器加速质量 为m、电量为q的粒 子，设粒子加速前的初速度为零。求：
（1）粒子的回转周期是多大？
（2）高频电极的周期为多大？
（3）粒子的最大动能是多大？[带电粒子的最终能量] 当带电粒子的速度最大时，其运动半径 也最大，由r=mv/qB得v= rqB/m，若D形盒的 半径为R，则带电粒子的最终动能： 所以，要提高加速粒子的最终能量，应 尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R。 为什么带电粒子经回旋加速器加 速后的最终能量与加速电压无关？思考与讨论： 回旋加速器利用两D形盒窄缝间的 电场使带电粒子加速，利用D形盒内的 磁场使带电粒子偏转，带电粒子所能获 得的最终能量与B和R有关，与U无关.[小结]思考与讨论： 如果尽量增强回旋加速器的磁场 或加大D形盒半径，我们是不是就可以 使带电粒子获得任意高的能量吗？ 如图是磁流体发电机，
其原理是：
等离子体喷入磁场B，正、
负离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集
到A、B板上，产生电势差。设板间距离为l，
当等离子体以速度v匀速通过A、B板间时，A、
B板上聚集的电荷最多，板间电势差最大，即
为电源电动势。此时离子受力平衡：E场q=Bqv，即E场=Bv，故电源电动势E=E场l=Blv。(三)磁流体发电机 例3.目前世界上正在研
究新型发电机——磁流体发
电机，它的原理图如图所
示，设想在相距为d的两平
行金属板间有磁感应强度为B的匀强磁场，两
板通过开关和灯泡相连。将气体加热到使之电
离后，由于正、负离子一样多，且带电荷量均
为q，因而称为等离子体，将其速度v喷入甲、
乙两板之间，这时甲、乙两板就会聚集电荷，
产生电压，这就是磁流体发电机的原理，它可
以直接把内能转化为电能。试问： (1)图中哪个极板是
发电机的正极？
(2)发电机的电动势
多大？
(3)设喷入两极间的离子流每立方米
有n个负电荷，离子流的横截面积为S，
则发电机的最大功率多大？ 解析：(1)等离子体从左侧射入磁场，正
离子受向上的洛伦兹力而偏向甲板，使甲板上
积累正电荷，相应的乙板上积累负电荷，成为
电源的正、负两极。甲板是发电机的正极。
(2)当开关断开时，甲、乙两板间的电压
即为电源的电动势，稳定时，甲、乙两板上积
累的电荷不再增加，此时的等离子体所受的洛
伦兹力与电场力恰好平衡，则有qU/d=qvB，即
得电源的电动势U=Bdv。 (3)理想状态时，喷入两极间的离子
流全部流向两极板，这时电源达到最大功
率。此时，电路中的最大电流为Imax=Nq/t，
式中N为t时间内喷入两极板的正、负离子
数的总和，即N=2nSvt，发电机的最大功
率为Pmax=UImax=ndqSBv2。四 电磁流量计 电磁流量计原理：如图所示，
一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其
中有可以导电的液体向左流动，导电液体中的
自由电荷在洛伦兹力作用下横向偏转，a、b间
出现电势差。当自由电荷所受电场力和洛伦兹
力平衡时，a、b间的电势差保持稳定。由 例4.电磁流量计广泛
应用于测量可导电流体
(如污水)在管中的流量(在
单位时间内通过管内横截
面的流体的体积)。为了简化，假设流量计是
如图所示的横截面为长方形的一段管道，其
中空部分的长、宽、高分别为图中a、b、c，
流量计的两端与输送流体的管道相连(图中虚
线)。图中流量计的上下两面是金属材料，前
后两面是绝缘材料，现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于
前后两面，当导电流体稳定地流经流量计
时，在管外将流量计上、下两表面分别与一
串联了电阻R的电流表的两端连接，I表示测
得的电流值，已知流体的电阻率为ρ，不计
电流表的内阻，则可求得流量为( )解析： 考一本《第8课时》作 业课件12张PPT。带电粒子在匀强磁场中的运动（3）如图是磁流体发电机，
其原理是：等离子体
喷入磁场B，正、负
离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集
到A、B板上，产生电势差。设板间距离为l，
当等离子体以速度v匀速通过A、B板间时，A、
B板上聚集的电荷最多，板间电势差最大，即
为电源电动势。此时离子受力平衡：E场q=Bqv，
即E场=Bv，故电源电动势E=E场l=Blv。(三)磁流体发电机 例3.目前世界上正在研
究新型发电机——磁流体发
电机，它的原理图如图所
示，设想在相距为d的两平
行金属板间有磁感应强度为B的匀强磁场，两
板通过开关和灯泡相连。将气体加热到使之电
离后，由于正、负离子一样多，且带电荷量均
为q，因而称为等离子体，将其速度v喷入甲、
乙两板之间，这时甲、乙两板就会聚集电荷，
产生电压，这就是磁流体发电机的原理，它可
以直接把内能转化为电能。试问：(1)图中哪个极板是发电机的正极？
(2)发电机的电动势多大？ 解析：(1)等离子体从左侧射入磁场，正
离子受向上的洛伦兹力而偏向甲板，使甲板上
积累正电荷，相应的乙板上积累负电荷，成为
电源的正、负两极。甲板是发电机的正极。
(2)当开关断开时，甲、乙两板间的电压
即为电源的电动势，稳定时，甲、乙两板上积
累的电荷不再增加，此时的等离子体所受的洛
伦兹力与电场力恰好平衡，则有qU/d=qvB，即
得电源的电动势U=Bdv。四 电磁流量计 电磁流量计原理：如图所示，一圆形导
管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以
导电的液体向左流动，导电液体中的自由电荷
在洛伦兹力作用下横向偏转，a、b间出现电势
差。当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，
a、b间的电势差保持稳定。由 例4.电磁流量计广泛
应用于测量可导电流体
(如污水)在管中的流量(在
单位时间内通过管内横截
面的流体的体积)。为了简化，假设流量计是
如图所示的横截面为长方形的一段管道，其
中空部分的长、宽、高分别为图中a、b、c，
流量计的两端与输送流体的管道相连(图中虚
线)。图中流量计的上下两面是金属材料，前
后两面是绝缘材料，现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于
前后两面，当导电流体稳定地流经流量计
时，在管外将流量计上、下两表面分别与一
串联了电阻R的电流表的两端连接，I表示测
得的电流值，已知流体的电阻率为ρ，不计
电流表的内阻，则可求得流量为( )解析：补充练习作 业考一本习题讲评
