人教版高二物理选修3-1第三章 3．6 带电粒子在匀强磁场中的运动 1（16张PPT）
文档属性
| 名称 | 人教版高二物理选修3-1第三章 3．6 带电粒子在匀强磁场中的运动 1（16张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.5MB | ||
| 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 | 2020-04-20 09:13:44 | ||
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文档简介
(共16张PPT)
3.6带电粒子在匀强磁场中的运动
（第1课时）
学习目标
１、掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，并用它们解答有关问题。
２.理解质谱仪和回旋加速器的工作原理，并会进行有关计算。
如电子,质子,α粒子,正负离子等. 一般都不考虑重力(但并不能忽略质量).
如带电小球、液滴、尘埃等.除有说明或暗示外,一般都考虑重力.
2、电子平行射入匀强磁场做什么运动?
3、电子垂直射入匀强磁场做什么运动?
匀速直线运动
匀速圆周运动
问题导学：阅读教材P99-101页，同时思考以下问题
1、在学习带电粒子在电场中偏转时，有哪些粒子可以忽略重力？哪些不可以忽略重力？
精讲
一：带电粒子在匀强磁场中的运动
１：带电粒子在匀强磁场中的运动形式（忽略重力）
（１）V//B时：
匀速直线运动
（２）V B时：
┻
电子垂直进入磁场中时，仅受洛伦兹力，此洛伦兹力不做功。故电子速度大小不变，同时洛伦兹力与速度垂直，起到了向心力的作用，故在磁场中做匀速圆周运动。
（理论分析）
电子射线管
洛伦兹力演示仪
线圈未通电时，B=0
线圈通电时，B≠0 方向垂直线圈平面向里
实验演示
①不加磁场时观察电子束的径迹
②给励磁线圈通电,观察电子束的径迹
③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
④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
２.实验验证
（1）半径特征：
（2）周期特征：
周期T与V及R无关
３：带电粒子做匀速圆周运动的规律
例题：一带电粒子沿垂直于磁场方向运动，它的一段径迹如下图所示。径迹上的每一小段都可视为圆弧，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），由图可以确定此粒子带____电；其运动方向从__ __向__ __运动（用a、b表示）
b
a
正
B
b
a
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
二、实际应用
1、质谱仪：精密测量带电粒子质量和分析同位素（测荷质比）的仪器 。
（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：
２.直线加速器
～
粒子在每个加速电场中的运动时间相等，因为交变电压的变化周期相同
（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．
(2)原理
(1)磁场的作用：偏转回旋
(2)电场的作用：加速
(3)交变电压的作用：保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速
3：回旋加速器
(1)、结构：
① 两个D形盒及两个大磁极
② D形盒间的窄缝
③ 高频交流电
问题1：粒子被加速后，运动速率和运动半径都会增加，它的运动周期会增加吗？
问题2：在回旋加速器中，如果两个D型盒不是分别接在高频交流电源的两极上，而是接在直流的两极上，那么带电粒子能否被加速？请在图中画出粒子的运动轨迹。
周期T跟圆半径r和速率v均无关.T不变
问题3：要使粒子每次经过电场都被加速，应在电极上加一个 电压。
交变
根据下图，说一说为使带电粒子不断得到加速，提供的电压应符合怎样的要求？
交变电压的周期TE = 粒子在磁场中运动的周期TB
问题4：已知D形盒的直径为D，匀强磁场的磁感应强度为B，交变电压的电压为U，
求:(1)从出口射出时，粒子的速度v=？
（2）从出口射出时，粒子的动能Ek=？
（3）要增大粒子的最大动能可采取哪些措施？
解：当粒子从D形盒出口飞出时，
粒子的运动半径=D形盒的直径的一半
问题5：D越大，EK越大，是不是只要D不断增大， EK 就可以无限制增大呢？
最高能量只能达到20兆电子伏．当粒子的速率大到接近光速时，按照相对论原理，粒子的质量将随速率增大而明显地增加，从而使粒子的回旋周期也随之变化，这就破坏了加速器的同步条件．
与加速电压U无关
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
粒子在回旋加速器中运动规律小结
课堂小结
一、带电粒子在匀强磁场中的运动
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、应用： 1、质谱仪：研究同位素（测荷质比）的装置
由加速电场、偏转磁场等组成
2、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
1.同一种带电粒子以不同的速度垂直射入匀强磁场中，其运动轨迹如图所示，则可知
（1）带电粒子进入磁场的速度值有几个？
（2）这些速度的大小关系为?????? ．
（3）三束粒子从O点出发分别到达1、2、3点所用
时间关系为????? ．
3个
V3>V2>V1
t1=t2=t3
课堂训练
2.如右图所示，回旋加速器D形盒的半径为R，用来加速质量为m、电荷量为q的质子，使质子由静止加速到的最大动能为Ek后，由A孔射出，忽略带电粒子在电场中运动的时间．求：
(1)加速器中匀强磁场B的大小和方向．
(2)设两D形盒间距为d，其间电压为U，电场视为匀强电场，质子每次经过电场加速后动能增加，加速到上述最大动能所需回旋周数为多少？
(3)加速到上述最大动能所需时间为多少？
答案：(1) 方向竖直向下
(2) (3)
3.6带电粒子在匀强磁场中的运动
（第1课时）
学习目标
１、掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，并用它们解答有关问题。
２.理解质谱仪和回旋加速器的工作原理，并会进行有关计算。
如电子,质子,α粒子,正负离子等. 一般都不考虑重力(但并不能忽略质量).
如带电小球、液滴、尘埃等.除有说明或暗示外,一般都考虑重力.
2、电子平行射入匀强磁场做什么运动?
3、电子垂直射入匀强磁场做什么运动?
匀速直线运动
匀速圆周运动
问题导学：阅读教材P99-101页，同时思考以下问题
1、在学习带电粒子在电场中偏转时，有哪些粒子可以忽略重力？哪些不可以忽略重力？
精讲
一：带电粒子在匀强磁场中的运动
１：带电粒子在匀强磁场中的运动形式（忽略重力）
（１）V//B时：
匀速直线运动
（２）V B时：
┻
电子垂直进入磁场中时，仅受洛伦兹力，此洛伦兹力不做功。故电子速度大小不变，同时洛伦兹力与速度垂直，起到了向心力的作用，故在磁场中做匀速圆周运动。
（理论分析）
电子射线管
洛伦兹力演示仪
线圈未通电时，B=0
线圈通电时，B≠0 方向垂直线圈平面向里
实验演示
①不加磁场时观察电子束的径迹
②给励磁线圈通电,观察电子束的径迹
③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
④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
２.实验验证
（1）半径特征：
（2）周期特征：
周期T与V及R无关
３：带电粒子做匀速圆周运动的规律
例题：一带电粒子沿垂直于磁场方向运动，它的一段径迹如下图所示。径迹上的每一小段都可视为圆弧，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），由图可以确定此粒子带____电；其运动方向从__ __向__ __运动（用a、b表示）
b
a
正
B
b
a
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
二、实际应用
1、质谱仪：精密测量带电粒子质量和分析同位素（测荷质比）的仪器 。
（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：
２.直线加速器
～
粒子在每个加速电场中的运动时间相等，因为交变电压的变化周期相同
（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．
(2)原理
(1)磁场的作用：偏转回旋
(2)电场的作用：加速
(3)交变电压的作用：保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速
3：回旋加速器
(1)、结构：
① 两个D形盒及两个大磁极
② D形盒间的窄缝
③ 高频交流电
问题1：粒子被加速后，运动速率和运动半径都会增加，它的运动周期会增加吗？
问题2：在回旋加速器中，如果两个D型盒不是分别接在高频交流电源的两极上，而是接在直流的两极上，那么带电粒子能否被加速？请在图中画出粒子的运动轨迹。
周期T跟圆半径r和速率v均无关.T不变
问题3：要使粒子每次经过电场都被加速，应在电极上加一个 电压。
交变
根据下图，说一说为使带电粒子不断得到加速，提供的电压应符合怎样的要求？
交变电压的周期TE = 粒子在磁场中运动的周期TB
问题4：已知D形盒的直径为D，匀强磁场的磁感应强度为B，交变电压的电压为U，
求:(1)从出口射出时，粒子的速度v=？
（2）从出口射出时，粒子的动能Ek=？
（3）要增大粒子的最大动能可采取哪些措施？
解：当粒子从D形盒出口飞出时，
粒子的运动半径=D形盒的直径的一半
问题5：D越大，EK越大，是不是只要D不断增大， EK 就可以无限制增大呢？
最高能量只能达到20兆电子伏．当粒子的速率大到接近光速时，按照相对论原理，粒子的质量将随速率增大而明显地增加，从而使粒子的回旋周期也随之变化，这就破坏了加速器的同步条件．
与加速电压U无关
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
粒子在回旋加速器中运动规律小结
课堂小结
一、带电粒子在匀强磁场中的运动
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、应用： 1、质谱仪：研究同位素（测荷质比）的装置
由加速电场、偏转磁场等组成
2、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
1.同一种带电粒子以不同的速度垂直射入匀强磁场中，其运动轨迹如图所示，则可知
（1）带电粒子进入磁场的速度值有几个？
（2）这些速度的大小关系为?????? ．
（3）三束粒子从O点出发分别到达1、2、3点所用
时间关系为????? ．
3个
V3>V2>V1
t1=t2=t3
课堂训练
2.如右图所示，回旋加速器D形盒的半径为R，用来加速质量为m、电荷量为q的质子，使质子由静止加速到的最大动能为Ek后，由A孔射出，忽略带电粒子在电场中运动的时间．求：
(1)加速器中匀强磁场B的大小和方向．
(2)设两D形盒间距为d，其间电压为U，电场视为匀强电场，质子每次经过电场加速后动能增加，加速到上述最大动能所需回旋周数为多少？
(3)加速到上述最大动能所需时间为多少？
答案：(1) 方向竖直向下
(2) (3)