2020-2021学年高二上学期物理人教版选修3-1课件：3.6.1带电粒子在匀强磁场中的运动27 张PPT
文档属性
| 名称 | 2020-2021学年高二上学期物理人教版选修3-1课件：3.6.1带电粒子在匀强磁场中的运动27 张PPT |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 19.6MB | ||
| 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 | 2021-04-22 08:08:50 | ||
图片预览
文档简介
带电粒子
在匀强磁场中
的运动
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
带电粒子垂直射入匀强磁场将如何运动？ （重力不计）
猜想:带电粒子将在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动
F洛=qvB
F洛=0
v
-
F洛
?
?
?
?
?
?
?
?
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?
?
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?
?
?
?
v
-
F洛
v
-
F洛
v
-
F洛
F洛⊥B
F洛⊥v
洛伦兹力总与速度方向垂直，不改变带电粒子的速度大小，所以洛伦兹力不对带电粒子做功。
一.带电粒子在磁场中的圆周运动
亥姆霍兹线圈
电 子 枪
磁场强弱选择挡
加速电压
选择挡
洛伦兹力演示器
带电粒子在磁场中的圆周运动
带电粒子在磁场中的圆周运动
不加磁场
加磁场
带电粒子在磁场中的圆周运动
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动
圆心一定在与速度方向垂直的直线上
带电粒子在磁场中的圆周运动
改变磁场
B大
B小
带电粒子在磁场中的圆周运动
粒子做圆周运动的半径与磁场强弱有关,半径随磁场的增强而减小
改变出射速度
v小
v大
带电粒子在磁场中的圆周运动
粒子做圆周运动的半径与粒子速度有关,半径随速度的增大而增大
1. 粒子做圆周运动的半径特征：
带电粒子在磁场中的圆周运动
r与速度v、磁感应强度B、粒子的比荷有关
适用条件：
（1）匀强磁场
（2）粒子垂直于磁场射入
v小
v大
2. 粒子做圆周运动的周期
带电粒子在磁场中的圆周运动
周期T与运动速度及运动半径无关
带电粒子在磁场中的圆周运动
周期仅与磁感应强度B，比荷 有关
带电粒子在气泡室运动径迹
由于能量损失,粒子的速度越来越小,故轨迹半径越来越小
带电粒子在磁场中的圆周运动
【例】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上求：
（１）求粒子进入磁场时的速率
二.带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例
···①
由①得，
【例】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上求：
（２）求粒子在磁场中运动的轨道半径
带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例
···②
由②得，
假设质子（ ）和氘核（ ）经过同一电场加速和同一磁场偏转，最后打在底片上D，它们的位置有何关系？
假设氘核（ ）和α粒子（ ）经过同一电场加速和同一磁场偏转，最后打在底片上D，它们的位置有何关系？
带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例
1. 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
带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例
直线加速器
带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例
带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例
2. 回旋加速器
（2）工作原理
带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例
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?
带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例
【例】回旋加速器核心部分是两个D形金属扁盒，两盒和高频交流电源两极相接，在盒内的狭缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝时都得到加速，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源射出的粒子电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为R。
(1)所加交变电流频率；
(2)粒子离开加速器时的最大速度及最大动能。
带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例
交变电压的周期TE = 粒子在磁场中运动的周期TB
+
-
+
-
~
带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例
【例】题目已知粒子电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为R.
(1)所加交变电流频率
提示:交流电的周期等于粒子做圆周运动的周期
带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例
···①
···②
···③
由①②③得，
【例】题目已知粒子电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为R.
(2)粒子离开加速器时的最大速度及最大动能
提示:粒子运动半径等于D形盒时,速度最大,动能最大
带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例
···④
···⑤
由④⑤得，
粒子的最终动能由磁感应强度B和D形盒的半径R决定
例1.一个带电粒子沿垂直于磁场方向射入一匀强磁场，粒子的一段运动径迹如图所示，径迹上每一小段可近似看成圆弧，由于带电粒子的运动使沿途的空气电离，粒子的动能逐渐减小（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b到a，带正电
Ｃ、粒子从a到b，带负电
Ｄ、粒子从b到a，带负电
Ｂ
典例分析
× × ×
× × ×
× × ×
× × ×
a。
b。
粒子动能减小,粒子的速度减小,故轨迹半径越来越小
利用左手定则判断电性
三、回旋加速器
?
由动能定理得带电粒子经几级的电场加速后增加的动能为Ek=q( U1+U2+U3+··········+Un )
新课教学
若需要很大的动能的粒子，利用直线加速器是否方便？为什么？那应该怎么办？
在匀强磁场中
的运动
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
带电粒子垂直射入匀强磁场将如何运动？ （重力不计）
猜想:带电粒子将在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动
F洛=qvB
F洛=0
v
-
F洛
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
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v
-
F洛
v
-
F洛
v
-
F洛
F洛⊥B
F洛⊥v
洛伦兹力总与速度方向垂直，不改变带电粒子的速度大小，所以洛伦兹力不对带电粒子做功。
一.带电粒子在磁场中的圆周运动
亥姆霍兹线圈
电 子 枪
磁场强弱选择挡
加速电压
选择挡
洛伦兹力演示器
带电粒子在磁场中的圆周运动
带电粒子在磁场中的圆周运动
不加磁场
加磁场
带电粒子在磁场中的圆周运动
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动
圆心一定在与速度方向垂直的直线上
带电粒子在磁场中的圆周运动
改变磁场
B大
B小
带电粒子在磁场中的圆周运动
粒子做圆周运动的半径与磁场强弱有关,半径随磁场的增强而减小
改变出射速度
v小
v大
带电粒子在磁场中的圆周运动
粒子做圆周运动的半径与粒子速度有关,半径随速度的增大而增大
1. 粒子做圆周运动的半径特征：
带电粒子在磁场中的圆周运动
r与速度v、磁感应强度B、粒子的比荷有关
适用条件：
（1）匀强磁场
（2）粒子垂直于磁场射入
v小
v大
2. 粒子做圆周运动的周期
带电粒子在磁场中的圆周运动
周期T与运动速度及运动半径无关
带电粒子在磁场中的圆周运动
周期仅与磁感应强度B，比荷 有关
带电粒子在气泡室运动径迹
由于能量损失,粒子的速度越来越小,故轨迹半径越来越小
带电粒子在磁场中的圆周运动
【例】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上求：
（１）求粒子进入磁场时的速率
二.带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例
···①
由①得，
【例】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上求：
（２）求粒子在磁场中运动的轨道半径
带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例
···②
由②得，
假设质子（ ）和氘核（ ）经过同一电场加速和同一磁场偏转，最后打在底片上D，它们的位置有何关系？
假设氘核（ ）和α粒子（ ）经过同一电场加速和同一磁场偏转，最后打在底片上D，它们的位置有何关系？
带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例
1. 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
带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例
直线加速器
带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例
带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例
2. 回旋加速器
（2）工作原理
带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例
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?
带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例
【例】回旋加速器核心部分是两个D形金属扁盒，两盒和高频交流电源两极相接，在盒内的狭缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝时都得到加速，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源射出的粒子电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为R。
(1)所加交变电流频率；
(2)粒子离开加速器时的最大速度及最大动能。
带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例
交变电压的周期TE = 粒子在磁场中运动的周期TB
+
-
+
-
~
带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例
【例】题目已知粒子电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为R.
(1)所加交变电流频率
提示:交流电的周期等于粒子做圆周运动的周期
带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例
···①
···②
···③
由①②③得，
【例】题目已知粒子电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为R.
(2)粒子离开加速器时的最大速度及最大动能
提示:粒子运动半径等于D形盒时,速度最大,动能最大
带电粒子在匀强磁场中运动的应用实例
···④
···⑤
由④⑤得，
粒子的最终动能由磁感应强度B和D形盒的半径R决定
例1.一个带电粒子沿垂直于磁场方向射入一匀强磁场，粒子的一段运动径迹如图所示，径迹上每一小段可近似看成圆弧，由于带电粒子的运动使沿途的空气电离，粒子的动能逐渐减小（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b到a，带正电
Ｃ、粒子从a到b，带负电
Ｄ、粒子从b到a，带负电
Ｂ
典例分析
× × ×
× × ×
× × ×
× × ×
a。
b。
粒子动能减小,粒子的速度减小,故轨迹半径越来越小
利用左手定则判断电性
三、回旋加速器
?
由动能定理得带电粒子经几级的电场加速后增加的动能为Ek=q( U1+U2+U3+··········+Un )
新课教学
若需要很大的动能的粒子，利用直线加速器是否方便？为什么？那应该怎么办？