高中物理 37 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件 新人教版選修31.ppt

高中物理 選修3 1 浙 第7講帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 目標(biāo)定位 1 知道洛倫茲力做功的特點(diǎn) 2 掌握帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和分析方法 3 知道質(zhì)譜儀 回旋加速器的構(gòu)造和原理 一 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1 帶電粒子 不計(jì)重力 在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí) 它所受的洛倫茲力總與速度的方向 所以洛倫茲力帶電粒子速度的大小 或者說(shuō) 洛倫茲力對(duì)帶電粒子 填 做功 或 不做功 垂直 不改變 不做功 想一想同種帶電粒子以不同的速度垂直射入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 它們的運(yùn)動(dòng)周期相同嗎 答案相同 因?yàn)?周期表達(dá)式告訴我們 帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期與速度無(wú)關(guān) 二 質(zhì)譜儀和回旋加速器1 質(zhì)譜儀 圖3 7 1 2 回旋加速器如圖3 7 2所示 d1和d2是兩個(gè)中空的半圓金屬盒 它們之間有電場(chǎng) a處粒子源產(chǎn)生的帶電粒子 在兩盒間被 勻強(qiáng)磁場(chǎng)b與兩個(gè)d形盒面 所以粒子在磁場(chǎng)中做 經(jīng)過(guò)半個(gè)圓周后再次到達(dá)兩盒間的縫隙處 控制兩盒間的電勢(shì)差 使其恰好 于是粒子經(jīng)過(guò)盒縫時(shí)再次被 如此反復(fù) 粒子的速度就能增加到很大 電場(chǎng)加速 垂直 勻速圓周運(yùn)動(dòng) 改變正負(fù) 加速 圖3 7 2 想一想隨著粒子速度的增加 縫隙處電勢(shì)差的正負(fù)改變是否越來(lái)越快 以便能使粒子在縫隙處剛好被加速 答案雖然粒子每經(jīng)過(guò)一次加速 其速度和軌道半徑就增大 但是粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期不變 所以電勢(shì)差的改變頻率保持不變就行 例1 質(zhì)子和 粒子由靜止出發(fā)經(jīng)過(guò)同一加速電場(chǎng)加速后 沿垂直磁感線方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng) 則它們?cè)诖艌?chǎng)中的各運(yùn)動(dòng)量間的關(guān)系正確的是 a 速度之比為2 1b 周期之比為1 2c 半徑之比為1 2d 角速度之比為1 1 二 帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1 在研究帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí) 著重把握 一找圓心 二求半徑 三定時(shí)間 的方法 1 圓心的確定方法 兩線定一 心 圓心一定在垂直于速度的直線上 如圖3 7 3甲所示已知入射點(diǎn)p 或出射點(diǎn)m 的速度方向 可通過(guò)入射點(diǎn)和出射點(diǎn)作速度的垂線 兩條直線的交點(diǎn)就是圓心 圖3 7 3 圖3 7 4 例2 如圖3 7 5所示 一束電荷量為e的電子以垂直于磁場(chǎng)方向 磁感應(yīng)強(qiáng)度為b 并垂直于磁場(chǎng)邊界的速度v射入寬度為d的磁場(chǎng)中 穿出磁場(chǎng)時(shí)速度方向和原來(lái)射入方向的夾角為 60 求電子的質(zhì)量和穿越磁場(chǎng)的時(shí)間 圖3 7 5 例3 回旋加速器是用來(lái)加速一群帶電粒子使它們獲得很大動(dòng)能的儀器 其核心部分是兩個(gè)d形金屬扁盒 兩盒分別和一高頻交流電源兩極相接 以便在盒內(nèi)的窄縫中形成勻強(qiáng)電場(chǎng) 使粒子每次穿過(guò)狹縫時(shí)都得到加速 兩盒放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 磁場(chǎng)方向垂直于盒底面 粒子源置于盒的圓心附近 若粒子源射出的粒子電荷量為q 質(zhì)量為m 粒子最大回旋半徑為rmax 求 1 粒子在盒內(nèi)做何種運(yùn)動(dòng) 2 所加交變電流頻率及粒子角速度 3 粒子離開(kāi)加速器時(shí)的最大速度及最大動(dòng)能 借題發(fā)揮 1 洛倫茲力永遠(yuǎn)不做功 磁場(chǎng)的作用是讓帶電粒子 轉(zhuǎn)圈圈 電場(chǎng)的作用是加速帶電粒子 2 兩d形盒窄縫所加的是與帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)周期相同的交流電