人教版《帶電粒子在勻強磁場中的運動》名師1課件

1、3.6 帶電粒子在勻強磁場中的運動物理新人教版選修3-13.6 帶電粒子在勻強磁場中的運動物理新人教版選修3-1亥姆霍茲線圈電 子 槍磁場強弱選擇擋加速電壓選擇擋洛倫茲力演示器亥姆霍茲線圈電 子 槍磁場強弱選擇擋加速電壓選一.帶電粒子在勻強磁場中的運動 當帶電粒子q以速度v垂直進入勻強磁場中，它將做什么運動? 帶電粒子將在垂直于磁場的平面內做勻速圓周運動 。一.帶電粒子在勻強磁場中的運動 當帶電粒子q以速度 速度大小不變，而方向隨時間變化。 周期T與運動速度及運動半徑無關。 速度大小不變，而方向隨時間變化。 周期T與運動速度及運 通過威爾遜云室顯示的正負電子在勻強磁場中的運動徑跡 通過威爾遜云

2、室顯示的正負電子在勻強磁場中的運動徑跡 通過格雷塞爾氣泡室顯示的帶電粒子在勻強磁場中的運動徑跡 通過格雷塞爾氣泡室顯示的帶電粒子在勻強磁場中的運動徑例1 三種粒子 、 ，它們以相同速度垂直進入同一勻強磁場，求它們的軌道半徑之比、周期之比1:2：21:2：2例1 三種粒子 、 ，它們以相同速度例、一有界的正方形勻強磁場區(qū)域，從a點以不同的速度水平射入兩完全相同的帶電粒子，一個從c點垂直cd射出，一個從d點射出，則從c、d兩點射出的粒子的速度之比 ； 在磁場中的運動時間之比 ; 加速度之比是 . dabc211221例、一有界的正方形勻強磁場區(qū)域，從a點以不同的速度水平射入兩求在有界磁場中的運動時

3、間：運動時間與圓心角成正比。當粒子運動的圓弧所對的圓心角為時,其運動時間為求在有界磁場中的運動時間：運動時間與圓心角成正比。當粒子運動例、ab和cd是勻強磁場兩條平行直線.在O點將同種帶電粒子以不同初速度發(fā)射出去，初速度方向均沿ob方向。其中粒子1在通過直線cd時，速度為v1，方向與cd垂直；粒子2在通過直線cd時，速度為v2，方向與cd夾角為60.從射出到經過直線cd，粒子經歷時間分別為t1、t2，則：t1t2=?32例、ab和cd是勻強磁場兩條平行直線.在O點將同種帶電粒子以圓心一定在與速度方向垂直的直線上1)可以通過入射點和出射點作垂直于速度方向的直線,交點就是軌跡的圓心.帶電粒子做勻速

4、圓周運動圓心的確定2)可以通過入射點作入射方向的垂線,連接入射點和出射點,作其連線的中垂線, 交點就是圓弧的圓心.圓心一定在與速度方向垂直的直線上1)可以通過入射點和出射點作3)在圓周與割線的兩個交點上速度與割線的夾角相等.AvBv、3)在圓周與割線的兩個交點上速度與割線的夾角相等.AvBv例題：一個質量為m、電荷量為的粒子，從容器下方的小孔S1飄入電勢差為的加速電場，然后經過S3沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度為的勻強磁場中，最后打到照相底片上求：（）求粒子進入磁場時的速率（）求粒子在磁場中運動的軌道半徑(1)粒子在S1區(qū)做什么運動?(2)在S2區(qū)做何種運動，在S3區(qū)將做何種運動?(3)假

5、如粒子沿一半圓運動打到底片D上，S3距離D多遠？例題：一個質量為m、電荷量為的粒子，從容器下方的小孔S1飄入質譜儀原理分析1、質譜儀是測量帶電粒子荷質比、分析同位素的重要工具2、基本原理將質量不等、電荷數(shù)相等的帶電粒子經同一電場加速再垂直進入同一勻強磁場3、推導質譜儀原理分析1、質譜儀是測量帶電粒子荷質比、分析同位素的重例5 質量為m，電荷量為q的粒子，以初速度V0垂直進入磁感應強度為B、寬度為L的勻強磁場區(qū)域，如圖所示。求(1)帶電粒子的運動軌跡及運動性質(2)帶電粒子運動的軌道半徑(3)帶電粒子離開磁場電的速率(4)帶電粒子離開磁場時的偏轉角(5)帶電粒子在磁場中的運動時間t(6)帶電粒子

6、離開磁場時偏轉的側位移例5 質量為m，電荷量為q的粒子，以初速度V0垂直進入磁感應例5 質量為m，電荷量為q的粒子，以初速度v0垂直進入磁感應強度為B、寬度為L的勻強磁場區(qū)域，如圖所示。求(1)帶電粒子的運動軌跡及運動性質(2)帶電粒子運動的軌道半徑(3)帶電粒子離開磁場電的速率(4)帶電粒子離開磁場時的偏轉角(5)帶電粒子在磁場中的運動時間t(6)帶電粒子離開磁場時偏轉的側位移例5 質量為m，電荷量為q的粒子，以初速度v0垂直進入磁感應帶電粒子作勻速圓周運動；軌跡為圓周的一部分。帶電粒子作勻速圓周運動；軌跡為圓周的一部分。例、如圖在直線MN的右側有磁感應強度為B的勻強磁場，方向垂直向里。電子

7、(電量e、質量m)以速度v從MN上的孔A，垂直于MN射入勻強磁場，途經P點，并最終打在MN上的O點,已知AP連線與速度方向的夾角為，不計重力.求（1）A、O之間的距離（2）從A運動到P點所用 的時間。ANMPv例、如圖在直線MN的右側有磁感應強度為B的勻強磁場，方向垂直人教版帶電粒子在勻強磁場中的運動名師1課件abP v例、如圖一帶正電粒子質量為m,帶電量為q,從隔板ab上一個小孔P處與隔板成角垂直于磁感線射入磁感應強度為B的勻強磁場區(qū),粒子初速度大小為v,則：(1)粒子經過多長時間再次到達隔板？(2)到達點與P點相距多遠？(不計重力)abP v例、如圖一帶正電粒子質量為m,帶電量為q,從隔板

8、a1加速原理：利用加速電場對帶電粒子做正功使帶電粒子的動能增加，qU=Ek2直線加速器，多級加速如圖所示是多級加速裝置的原理圖：加速器（一）、直線加速器1加速原理：利用加速電場對帶電粒子做正功使帶電粒子的動能增 由動能定理得帶電粒子經n極的電場加速后增加的動能為： 3直線加速器占有的空間范圍大，在有限的空間范圍內制造直線加速器受到一定的限制 由動能定理得帶電粒子經n極的電場加速后增加的動能為： 西電東送“超級高速公路”云南至廣東800千伏特高壓直流輸電示范工程19日在云南楚雄開工，這是世界上第一項800千伏直流輸電工程，也成為世界上最高電壓等級的直流輸電工程。此前，世界上已有直流輸電工程最高電

9、壓等級為600千伏。 2000公里/秒 西電東送“超級高速公路”云南至廣東800千伏特高壓直流二、回旋加速器 11932年美國物理學家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，實現(xiàn)了在較小的空間范圍內進行多級加速2工作原理：利用電場對帶電粒子的加速作用和磁場對運動電荷的偏轉作用來獲得高能粒子，這些過程在回旋加速器的核心部件兩個D形盒和其間的窄縫內完成。 二、回旋加速器 11932年美國物理學家勞倫斯發(fā)明了回旋加 1931年，加利福尼亞大學的勞倫斯斯提出了一個卓越的思想，通過磁場的作用迫使帶電粒子沿著磁極之間做螺旋線運動,把長長的電極像卷尺那樣卷起來，發(fā)明了回旋加速器，第一臺直徑為27cm的回旋加速器投入運行，它

10、能將質子加速到1Mev。1939年勞倫斯獲諾貝爾物理獎。 1931年，加利福尼亞大學的勞倫斯斯提出了一個卓越的思想U二、回旋加速器新人教版高中物理選修3-13.6帶電粒子在勻強磁場中的運動(共33張PPT)新人教版高中物理選修3-13.6帶電粒子在勻強磁場中的運動(共33張PPT)U二、回旋加速器新人教版高中物理選修3-13.6帶電粒子（1）磁場的作用：帶電粒子以某一速度垂直磁場方向進入勻強磁場后，并在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動，其周期和速率、半徑均無關，帶電粒子每次進入D形盒都運動相等的時間（半個周期）后平行電場方向進入電場中加速（2）電場的作用：回旋加速器的兩個D形盒之間的窄縫區(qū)域存在周

11、期性變化的并垂直于兩D形盒正對截面的勻強電場，帶電粒子經過該區(qū)域時被加速（3）交變電壓：為了保證帶電粒子每次經過窄縫時都被加速，使之能量不斷提高，須在窄縫兩側加上跟帶電粒子在D形盒中運動周期相同的交變電壓新人教版高中物理選修3-13.6帶電粒子在勻強磁場中的運動(共33張PPT)新人教版高中物理選修3-13.6帶電粒子在勻強磁場中的運動(共33張PPT)（1）磁場的作用：帶電粒子以某一速度垂直磁場方向進入勻強磁場新人教版高中物理選修3-13.6帶電粒子在勻強磁場中的運動(共33張PPT)新人教版高中物理選修3-13.6帶電粒子在勻強磁場中的運動(共33張PPT)新人教版高中物理選修3-13.6

12、帶電粒子在勻強磁場中的運帶電粒子的最終能量當帶電粒子的速度最大時，其運動半徑也最大，由r=mv/qB得v= rqB/m，若D形盒的半徑為R，則帶電粒子的最終動能：所以，要提高加速粒子的最終能量，應盡可能增大磁感應強度B和D形盒的半徑R 新人教版高中物理選修3-13.6帶電粒子在勻強磁場中的運動(共33張PPT)新人教版高中物理選修3-13.6帶電粒子在勻強磁場中的運動(共33張PPT)帶電粒子的最終能量當帶電粒子的速度最大時，其運動半徑也最為什么帶電粒子經回旋加速器加速后的最終能量與加速電壓無關？解析：加速電壓越高，帶電粒子每次加速的動能增量越大，回旋半徑也增加越多，導致帶電粒子在D形盒中的回

13、旋次數(shù)越少；反之，加速電壓越低，粒子在D形盒中回旋的次數(shù)越多，可見加速電壓的高低只影響帶電粒子加速的總次數(shù)，并不影響引出時的速度和相應的動能，由 可知，增強B和增大R可提高加速粒子的最終能量，與加速電壓高低無關新人教版高中物理選修3-13.6帶電粒子在勻強磁場中的運動(共33張PPT)新人教版高中物理選修3-13.6帶電粒子在勻強磁場中的運動(共33張PPT)為什么帶電粒子經回旋加速器加速后的最終能量與加速電壓無關小結： 回旋加速器利用兩D形盒窄縫間的電場使帶電粒子加速，利用D形盒內的磁場使帶電粒子偏轉，帶電粒子所能獲得的最終能量與B和R有關，與U無關新人教版高中物理選修3-13.6帶電粒子在勻強磁場中的運動(共33張PPT)新人教版高中物理選修3-13.6帶電粒子在勻強磁場中的運動(共33張PPT)小結： 回旋加速器利用兩D形盒窄縫間的電場使 如果盡量增強回旋加速器的磁場或加大D形盒半徑，我們是不是就可以使帶電粒子獲得任意高的能量嗎？ 思考新人教版高中物理選修3-13.6帶電粒子在勻強磁場中的運動(共33張PPT)新人教版高中物理選修3-13.6帶電粒子在勻強磁場中的運動(共33張PPT) 如果盡量增強回旋加速器的磁場或加大D形盒半徑，本課小結：一、帶電粒子在磁場中的運動平行磁感線進入：