3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动（共32张ppt)
文档属性
| 名称 | 3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动（共32张ppt) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 2.0MB | ||
| 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 | 2019-07-13 13:39:55 | ||
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文档简介
课件32张PPT。第三章 磁场第六节 带电粒子在匀强磁场中的运动1. 理解洛伦兹力对粒子不做功；
2. 理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动；
3. 会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，知道它们与哪些因素有关；
4. 了解质谱仪和回旋加速器的工作原理。
重难点：带电粒子在匀强磁场中的受力分析和运动分析。[问题1] 带电粒子平行射入匀强磁场的受力特点和运动状态？ （重力不计）[问题2] 带电粒子垂直射入匀强磁场的受力特点和运动状态？ （重力不计）复习回顾：猜想与假设匀速圆周运动加速电压 选择挡亥姆霍 兹线圈电子枪磁场强弱 选择挡实验验证：洛伦兹力演示仪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洛伦兹力演示仪:构造 洛伦兹力演示仪 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:工作原理 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
实验演示c. 保持出射电子的速度不变，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实验探究实验结论：定性分析 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。
那么半径和周期的定量关系式是怎样的呢？ 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。理论推导定量关系圆周运动的半径圆周运动的周期课堂练习
已知氢核与氦核的质量之比 m1∶m2 ＝1∶4，电荷量之比 q1∶q2＝ 1∶2，当氢核与氦核以 v1∶v2＝ 4∶1 的速度，垂直磁场方向射入磁场后，分别做匀速圆周运动，则氢核与氦核的半径之比 r1∶r2＝________，周期之比 T1∶T2＝________。“气泡室”照片 能否设计一个仪器，将比荷不同、初速度几乎为0的带电粒子分开？ 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。设计方案应用1：质谱仪 质谱仪：利用磁场对带电粒子的偏转，由带电粒子的电荷量，轨道半径确定其质量的仪器，叫做质谱仪．质谱仪最初由汤姆生的学生阿斯顿设计，他用质谱仪发现了氖20和氖22，证实了同位素的存在。4、质谱仪工作原理
要认识原子核的内部情况，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”。那么怎样才能产生这些高能炮弹呢？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．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。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：
有没有什么办法可以让带电粒子在加速后又转回来被第二次加速，如此反复“转圈圈”式地被加速，加速器装置所占的空间不是会大大缩小吗？回旋加速器的原理两 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。应用2：加速器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。 回旋加速器 1932 年，加利福尼亚大学的劳伦斯（1939年获得诺贝尔物理奖）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 27 cm 的回旋回速器投入运行，它能将质子加速到 1 Mev。欧内斯特·奥兰多·劳伦斯（Ernest Orlando Lawrence，1901～1958)1 Mev = 106 eV 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？ 关于回旋加速器的工作原理，下列说法正确的是（ ） A. 电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋 B. 电场和磁场同时用来加速带电粒子 C. 同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由加速电压决定 D. 同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由磁感应强度 B 和加速电压决定A课堂练习应用回旋加速器带电粒子在匀强磁场中运动匀速直线运动(v//B)匀速圆周运动(v⊥B)规律质谱仪1. 如图所示是科学史上一张著名的实验照片，显示一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹。云室放置在匀强磁场中，磁场方向垂直照片向里。云室中横放的金属板对粒子的运动起阻碍作用。分析此径迹可知粒子( )
A. 带正电，由下往上运动
B. 带正电，由上往下运动
C. 带负电，由上往下运动
D. 带负电，由下往上运动A2. 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，则离子的比荷一定相同AD3. 关于回旋加速器中电场和磁场的作用，下列说法正确的是( )
A. 电场和磁场都对带电粒子起加速作用
B. 电场和磁场是交替地对带电粒子做功的
C. 只有电场能对带电粒子起加速作用
D. 磁场的作用是使带电粒子在 D 形盒中做匀速
圆周运动CD
2. 理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动；
3. 会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，知道它们与哪些因素有关；
4. 了解质谱仪和回旋加速器的工作原理。
重难点：带电粒子在匀强磁场中的受力分析和运动分析。[问题1] 带电粒子平行射入匀强磁场的受力特点和运动状态？ （重力不计）[问题2] 带电粒子垂直射入匀强磁场的受力特点和运动状态？ （重力不计）复习回顾：猜想与假设匀速圆周运动加速电压 选择挡亥姆霍 兹线圈电子枪磁场强弱 选择挡实验验证：洛伦兹力演示仪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洛伦兹力演示仪:构造 洛伦兹力演示仪 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:工作原理 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
实验演示c. 保持出射电子的速度不变，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实验探究实验结论：定性分析 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。
那么半径和周期的定量关系式是怎样的呢？ 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。理论推导定量关系圆周运动的半径圆周运动的周期课堂练习
已知氢核与氦核的质量之比 m1∶m2 ＝1∶4，电荷量之比 q1∶q2＝ 1∶2，当氢核与氦核以 v1∶v2＝ 4∶1 的速度，垂直磁场方向射入磁场后，分别做匀速圆周运动，则氢核与氦核的半径之比 r1∶r2＝________，周期之比 T1∶T2＝________。“气泡室”照片 能否设计一个仪器，将比荷不同、初速度几乎为0的带电粒子分开？ 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。设计方案应用1：质谱仪 质谱仪：利用磁场对带电粒子的偏转，由带电粒子的电荷量，轨道半径确定其质量的仪器，叫做质谱仪．质谱仪最初由汤姆生的学生阿斯顿设计，他用质谱仪发现了氖20和氖22，证实了同位素的存在。4、质谱仪工作原理
要认识原子核的内部情况，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”。那么怎样才能产生这些高能炮弹呢？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．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。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：
有没有什么办法可以让带电粒子在加速后又转回来被第二次加速，如此反复“转圈圈”式地被加速，加速器装置所占的空间不是会大大缩小吗？回旋加速器的原理两 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。应用2：加速器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。 回旋加速器 1932 年，加利福尼亚大学的劳伦斯（1939年获得诺贝尔物理奖）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 27 cm 的回旋回速器投入运行，它能将质子加速到 1 Mev。欧内斯特·奥兰多·劳伦斯（Ernest Orlando Lawrence，1901～1958)1 Mev = 106 eV 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？ 关于回旋加速器的工作原理，下列说法正确的是（ ） A. 电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋 B. 电场和磁场同时用来加速带电粒子 C. 同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由加速电压决定 D. 同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由磁感应强度 B 和加速电压决定A课堂练习应用回旋加速器带电粒子在匀强磁场中运动匀速直线运动(v//B)匀速圆周运动(v⊥B)规律质谱仪1. 如图所示是科学史上一张著名的实验照片，显示一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹。云室放置在匀强磁场中，磁场方向垂直照片向里。云室中横放的金属板对粒子的运动起阻碍作用。分析此径迹可知粒子( )
A. 带正电，由下往上运动
B. 带正电，由上往下运动
C. 带负电，由上往下运动
D. 带负电，由下往上运动A2. 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，则离子的比荷一定相同AD3. 关于回旋加速器中电场和磁场的作用，下列说法正确的是( )
A. 电场和磁场都对带电粒子起加速作用
B. 电场和磁场是交替地对带电粒子做功的
C. 只有电场能对带电粒子起加速作用
D. 磁场的作用是使带电粒子在 D 形盒中做匀速
圆周运动CD