人教版高中物理（选修3-1）第三章同步教学课件3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动 （共33张PPT）
文档属性
| 名称 | 人教版高中物理（选修3-1）第三章同步教学课件3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动 （共33张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 2.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2017-10-09 19:08:19 | ||
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文档简介
课件33张PPT。第三章 磁 场
第六节 带电粒子在匀强磁场中的运动洛伦兹力演示器一.带电粒子在匀强磁场中的运动 当带电粒子q以速度v垂直进入匀强磁场中，它将做什么运动?提示：洛伦兹力只改变速度
的方向不改变速度的大小 速度大小不变，而方向随时间变化。 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【例题1】 如图所示，质量为m，电荷量为q，重力不计的带正电粒子，以速度v从A点垂直射入匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里.【1问】 为什么带电粒子在磁场中做匀速圆周运动?其圆心怎样确定?其半径、周期分别是多少?有何规律?OCf根源带电粒子在单一场中的运动分析【例题1】 如图所示，质量为m，电荷量为q，重力不计的带正电粒子，以速度v从A点垂直射入匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里.【2问】 若粒子以A点为中心，可在垂直磁场的平面内向任意方向发射，但速度大小一定为v，那么，粒子可能经过的区域怎样?2r区分【例题1】 如图所示，质量为m，电荷量为q，重力不计的带正电粒子，以速度v从A点垂直射入匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里.【3问】 设置一块足够长的挡板MN，若粒子可从A点向挡板右侧任意方向发射，但速度大小一定为v，那么粒子射到挡板上的范围多大? 若粒子分别以v1、v2方向发射，射到挡板上所经历的时间差又是多少?已知v1、v2与MN垂线的夹角为θ． AvBMNP1vvvP1O1O2互补从一边界射入的粒子，若从同一边界射出时，则速度与边界的夹角相等 【例题1】 如图所示，质量为m，电荷量为q，重力不计的带正电粒子，以速度v从A点垂直射入匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里.【4问】 若粒子从A点垂直挡板MN发射，速度大小在v-(v+Δv)范围内，那么粒子射到挡板上的范围多大？MNP1P2v+Δv垂直【例题1】 如图所示，质量为m，电荷量为q，重力不计的带正电粒子，以速度v从A点垂直射入匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里.【5问】 在发射点A右侧距离A点为d(d<2r)处设置一块足够长的挡板，若粒子以A点为中心，可在垂直磁场的平面内向任意方向发射，但速度大小一定为v，那么，粒子能射到挡板上的范围为多大?vMNP1P2QvvMNP1P2QvO2O1Q归
纳Q“滚钱币、钢圈”如图所示, 真空室内存在匀强磁场, 磁场方向垂直于纸面向里, 磁感应强度的大小 B＝0.60T, 磁场内有一块平面感光板 ab, 板面与磁场方向平行, 在距 ab 的距离 l＝16cm处, 有一个点状的 放射源 S, 它向各个方向发射 粒子, 粒子的速度都是 v＝3.0×106m/s, 已知每个 粒子的电荷与质量之比 q/m＝5.0×107C/kg, 现只考虑在图纸平面中运动的 粒子, 求 ab 上被 粒子打中的区域的长度. ablS【例题1】 如图所示，质量为m，电荷量为q，重力不计的带正电粒子，以速度v从A点垂直射入匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里.【6问】 在图中，若从A点发射的粒子速度大小方向均可变，要使粒子能射中MN板上的O点，那么粒子发射的速度其大小与方向的关系怎样?ABNOMθθ直径【例题1】 如图所示，质量为m，电荷量为q，重力不计的带正电粒子，以速度v从A点垂直射入匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里.【7问】 如图所示，设置两块足够长的挡板甲乙，板间距为d（r＜d＜2r），若粒子可从A点向挡板甲右侧任意方向发射，但速度大小一定为v，那么粒子能射到甲、乙挡板上的范围分别是多大？P1O1QO2P2O3QP3P4O5O4P5P1O1QP4P6O4M建模【例题1】 如图所示，质量为m，电荷量为q，重力不计的带正电粒子，以速度v从A点垂直射入匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里.【8问】 如图所示，设置一个半径为R（R＜r）的圆形挡板，若粒子从A点指向挡板的圆心O发射，速度大小为v，那么粒子射到圆形挡板上某点经历的时间是多少？若粒子发射方向可以改变，但速度大小一定为v，那么粒子射到圆形挡板上某点经历的最长时间又是多少？O1vα直径在圆形磁场区域内，若粒子沿径向射入，则必沿径向射出 【例题1】 如图所示，质量为m，电荷量为q，重力不计的带正电粒子，以速度v从A点垂直射入匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里.【9问】在图中，粒子从A点指向挡板圆心O发射时，经与挡板碰撞后又回到A点．设挡板是光滑的，粒子与挡板的碰撞是弹性的，粒子与挡板碰撞时电荷量不变，若要使粒子与挡板碰撞的次数最少，那么粒子发射速度应为多少?粒子从A点发射到回到A点经历的时间为多少?对称 (2009?海南理综)如图所示，ABCD是边长为a的正方形．质量为m、电荷量为e的电子以大小为v0的初速度沿纸面垂直于BC边射入正方形区域．在正方形内适当区域中有匀强磁场．电子从BC边上的任意点入射，都只能从A点射出磁场．不计重力，求：
(1)此匀强磁场区域中磁感应强度的方向和大小；
(2)此匀强磁场区域的最小面积．“根源”着手 对带电粒子在磁场中的运动, 要知道轨迹是怎样的, 一定要作图！！！小结一:“区分”半径学会“互补”善于“归纳”注重“建模”体会“对称”关注“直径”寻找“规律”例题1设问变化的过程：
“无界”→“左有界”→“右有界”（或“上有界”“下有界”）→“左右有界” （或“上有界”）→“封闭”（“园”、“三角”、“半圆”、“四方”、“立体”） 例题：一个质量为m、电荷量为的粒子，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质谱仪原理分析1、质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具2、基本原理 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，由于粒子动量不同，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3、推导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：加速器（一）、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．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。 1931年，加利福尼亚大学的劳伦斯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。U二、回旋加速器（1）磁场的作用：带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场后，并在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其周期和速率、半径均无关，带电粒子每次进入D形盒都运动相等的时间（半个周期）后平行电场方向进入电场中加速．
（2）电场的作用：回旋加速器的两个D形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的并垂直于两D形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速．
（3）交变电压：为了保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速，使之能量不断提高，须在窄缝两侧加上跟带电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电压．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？ 解析：加速电压越高，带电粒子每次加速的动能增量越大，回旋半径也增加越多，导致带电粒子在D形盒中的回旋次数越少；反之，加速电压越低，粒子在D形盒中回旋的次数越多，可见加速电压的高低只影响带电粒子加速的总次数，并不影响引出时的速度和相应的动能，由 可知，增强B和增大R可提高加速粒子的最终能量，与加速电压高低无关．小结： 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． 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？ 思考本课小结：一、带电粒子在磁场中的运动平行磁感线进入：做匀速直线运动垂直磁感线进入：做匀速圆周运动二、质谱仪：研究同位素（测荷质比）的装置由加速电场、速度选择器、偏转磁场组成三、回旋加速器：使带电粒子获得高能量的装置由D形盒、高频交变电场等组成
第六节 带电粒子在匀强磁场中的运动洛伦兹力演示器一.带电粒子在匀强磁场中的运动 当带电粒子q以速度v垂直进入匀强磁场中，它将做什么运动?提示：洛伦兹力只改变速度
的方向不改变速度的大小 速度大小不变，而方向随时间变化。 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【例题1】 如图所示，质量为m，电荷量为q，重力不计的带正电粒子，以速度v从A点垂直射入匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里.【1问】 为什么带电粒子在磁场中做匀速圆周运动?其圆心怎样确定?其半径、周期分别是多少?有何规律?OCf根源带电粒子在单一场中的运动分析【例题1】 如图所示，质量为m，电荷量为q，重力不计的带正电粒子，以速度v从A点垂直射入匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里.【2问】 若粒子以A点为中心，可在垂直磁场的平面内向任意方向发射，但速度大小一定为v，那么，粒子可能经过的区域怎样?2r区分【例题1】 如图所示，质量为m，电荷量为q，重力不计的带正电粒子，以速度v从A点垂直射入匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里.【3问】 设置一块足够长的挡板MN，若粒子可从A点向挡板右侧任意方向发射，但速度大小一定为v，那么粒子射到挡板上的范围多大? 若粒子分别以v1、v2方向发射，射到挡板上所经历的时间差又是多少?已知v1、v2与MN垂线的夹角为θ． AvBMNP1vvvP1O1O2互补从一边界射入的粒子，若从同一边界射出时，则速度与边界的夹角相等 【例题1】 如图所示，质量为m，电荷量为q，重力不计的带正电粒子，以速度v从A点垂直射入匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里.【4问】 若粒子从A点垂直挡板MN发射，速度大小在v-(v+Δv)范围内，那么粒子射到挡板上的范围多大？MNP1P2v+Δv垂直【例题1】 如图所示，质量为m，电荷量为q，重力不计的带正电粒子，以速度v从A点垂直射入匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里.【5问】 在发射点A右侧距离A点为d(d<2r)处设置一块足够长的挡板，若粒子以A点为中心，可在垂直磁场的平面内向任意方向发射，但速度大小一定为v，那么，粒子能射到挡板上的范围为多大?vMNP1P2QvvMNP1P2QvO2O1Q归
纳Q“滚钱币、钢圈”如图所示, 真空室内存在匀强磁场, 磁场方向垂直于纸面向里, 磁感应强度的大小 B＝0.60T, 磁场内有一块平面感光板 ab, 板面与磁场方向平行, 在距 ab 的距离 l＝16cm处, 有一个点状的 放射源 S, 它向各个方向发射 粒子, 粒子的速度都是 v＝3.0×106m/s, 已知每个 粒子的电荷与质量之比 q/m＝5.0×107C/kg, 现只考虑在图纸平面中运动的 粒子, 求 ab 上被 粒子打中的区域的长度. ablS【例题1】 如图所示，质量为m，电荷量为q，重力不计的带正电粒子，以速度v从A点垂直射入匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里.【6问】 在图中，若从A点发射的粒子速度大小方向均可变，要使粒子能射中MN板上的O点，那么粒子发射的速度其大小与方向的关系怎样?ABNOMθθ直径【例题1】 如图所示，质量为m，电荷量为q，重力不计的带正电粒子，以速度v从A点垂直射入匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里.【7问】 如图所示，设置两块足够长的挡板甲乙，板间距为d（r＜d＜2r），若粒子可从A点向挡板甲右侧任意方向发射，但速度大小一定为v，那么粒子能射到甲、乙挡板上的范围分别是多大？P1O1QO2P2O3QP3P4O5O4P5P1O1QP4P6O4M建模【例题1】 如图所示，质量为m，电荷量为q，重力不计的带正电粒子，以速度v从A点垂直射入匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里.【8问】 如图所示，设置一个半径为R（R＜r）的圆形挡板，若粒子从A点指向挡板的圆心O发射，速度大小为v，那么粒子射到圆形挡板上某点经历的时间是多少？若粒子发射方向可以改变，但速度大小一定为v，那么粒子射到圆形挡板上某点经历的最长时间又是多少？O1vα直径在圆形磁场区域内，若粒子沿径向射入，则必沿径向射出 【例题1】 如图所示，质量为m，电荷量为q，重力不计的带正电粒子，以速度v从A点垂直射入匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里.【9问】在图中，粒子从A点指向挡板圆心O发射时，经与挡板碰撞后又回到A点．设挡板是光滑的，粒子与挡板的碰撞是弹性的，粒子与挡板碰撞时电荷量不变，若要使粒子与挡板碰撞的次数最少，那么粒子发射速度应为多少?粒子从A点发射到回到A点经历的时间为多少?对称 (2009?海南理综)如图所示，ABCD是边长为a的正方形．质量为m、电荷量为e的电子以大小为v0的初速度沿纸面垂直于BC边射入正方形区域．在正方形内适当区域中有匀强磁场．电子从BC边上的任意点入射，都只能从A点射出磁场．不计重力，求：
(1)此匀强磁场区域中磁感应强度的方向和大小；
(2)此匀强磁场区域的最小面积．“根源”着手 对带电粒子在磁场中的运动, 要知道轨迹是怎样的, 一定要作图！！！小结一:“区分”半径学会“互补”善于“归纳”注重“建模”体会“对称”关注“直径”寻找“规律”例题1设问变化的过程：
“无界”→“左有界”→“右有界”（或“上有界”“下有界”）→“左右有界” （或“上有界”）→“封闭”（“园”、“三角”、“半圆”、“四方”、“立体”） 例题：一个质量为m、电荷量为的粒子，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质谱仪原理分析1、质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具2、基本原理 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，由于粒子动量不同，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3、推导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：加速器（一）、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．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。 1931年，加利福尼亚大学的劳伦斯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。U二、回旋加速器（1）磁场的作用：带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场后，并在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其周期和速率、半径均无关，带电粒子每次进入D形盒都运动相等的时间（半个周期）后平行电场方向进入电场中加速．
（2）电场的作用：回旋加速器的两个D形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的并垂直于两D形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速．
（3）交变电压：为了保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速，使之能量不断提高，须在窄缝两侧加上跟带电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电压．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？ 解析：加速电压越高，带电粒子每次加速的动能增量越大，回旋半径也增加越多，导致带电粒子在D形盒中的回旋次数越少；反之，加速电压越低，粒子在D形盒中回旋的次数越多，可见加速电压的高低只影响带电粒子加速的总次数，并不影响引出时的速度和相应的动能，由 可知，增强B和增大R可提高加速粒子的最终能量，与加速电压高低无关．小结： 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． 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？ 思考本课小结：一、带电粒子在磁场中的运动平行磁感线进入：做匀速直线运动垂直磁感线进入：做匀速圆周运动二、质谱仪：研究同位素（测荷质比）的装置由加速电场、速度选择器、偏转磁场组成三、回旋加速器：使带电粒子获得高能量的装置由D形盒、高频交变电场等组成