帶電粒子在磁場中的運動

帶電粒子在磁場中的運動第1頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四一、洛倫茲力演示儀1、工作原理：由電子槍發(fā)出的電子射線可以使管的低壓水銀蒸汽發(fā)出輝光，顯示出電子的徑跡。兩個平行的通電環(huán)形線圈可產(chǎn)生沿軸線方向的勻強磁場第2頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四νF理論分析沿著與磁場垂直的方向射入磁場的帶電粒子，在勻強磁場中做勻速圓周運動。復(fù)位．第3頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四3、結(jié)論：帶電粒子垂直進(jìn)入磁場中，粒子在垂直磁場方向的平面內(nèi)做勻速圓周運動，此洛倫茲力不做功。4、問題：一帶電量為q，質(zhì)量為m，速度為v的帶電粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，其半徑r和周期T為多大？2、實驗現(xiàn)象：在暗室中可以清楚地看到，在沒有磁場作用時，電子的徑跡是直線；在管外加上勻強磁場，電子的徑跡變彎曲成圓形。第4頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四粒子做勻速圓周運動所需的向心力是由粒子所受的洛倫茲力提供的,所以說明:1、軌道半徑和粒子的運動速率成正比。2、帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的周期與運動速率無關(guān)，與其比荷有關(guān)。二、半徑公式、周期公式推導(dǎo):第5頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四練習(xí)1

1.如圖所示，在長直導(dǎo)線中有恒電流I通過，導(dǎo)線正下方電子初速度v０方向與電流I的方向相同，電子將()A.沿路徑a運動，軌跡是圓

B.沿路徑a運動，軌跡半徑越來越大

C.沿路徑a運動，軌跡半徑越來越小

D.沿路徑b運動，軌跡半徑越來越大

D第6頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四

2.質(zhì)子和α粒子在同一個勻強磁場中做半徑相同的圓周運動，由此可知質(zhì)子的動能E1和α粒子的動能E2之比為E1/E2=().3.一長直螺線管通有交流電，一個電子以速度v沿著螺線管的軸線射入管內(nèi)，則電子在管內(nèi)的運動情況是：()A.勻加速運動B.勻減速運動

C.勻速直線運動D.在螺線管內(nèi)來回往復(fù)運動練習(xí)2１∶１C第7頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四4、如圖所示，銅質(zhì)導(dǎo)電板置于勻強磁場中，通電時銅板中電流方向向下，由于磁場的作用，則（）A.板左側(cè)聚集較多電子，使b點電勢高于a點B.板左側(cè)聚集較多電子，使a點電勢高于b點C.板右側(cè)聚集較多電子，使a點電勢高于b點D.板右側(cè)聚集較多電子，使b點電勢高于a點練習(xí)3C第8頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四

與不垂直拓展：粒子的軌跡是一條螺旋線第9頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四小結(jié)：電荷的勻強磁場中的三種運動形式如運動電荷在勻強磁場中除洛侖茲力外其他力均忽略不計（或均被平衡）(2)當(dāng)υ⊥B時，所受洛侖茲力提供向心力，做勻速圓周運動；（性質(zhì)：變加速曲線運動）(3)當(dāng)υ與B夾一般角度時，軌跡成螺旋曲線（高中不作要求）（性質(zhì)：變加速曲線運動）(1)當(dāng)υ∥B時，所受洛侖茲力為零，做勻速直線運動；在同一磁場中，不同的速度的運動粒子，其周期與速度無關(guān)，只與其荷質(zhì)比有關(guān)．第10頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四軌跡平面與磁場垂直因為帶電粒子的初速度和所受洛倫茲力的方向都在跟磁場方向垂直的平面內(nèi)，沒有任何作用使粒子離開這個平面速度大小不變因為洛倫茲力總是跟粒子的運動方向垂直,所以洛倫茲力不對粒子做功，粒子的速度大小不變速度方向時刻改變因為洛倫茲力總是跟粒子的運動方向垂直，所以速度方向改變受力大小不變因為速度大小不變,所以洛倫茲力大小也不變受力方向時刻改變因為速度方向改變，所以洛倫茲力方向也改變軌跡形狀圓因為帶電粒子受到一個大小不變，方向總與粒子運動方向垂直的力，因此帶電粒子做勻速圓周運動，其向心力就是洛倫茲力第11頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四能力·思維·方法

【例1】關(guān)于帶電粒子在勻強電場和勻強磁場中的運動，下列說法中正確的是：()A.帶電粒子沿電場線方向射入，電場力對帶電粒子不做功，粒子動能不變

B.帶電粒子沿垂直電場線方向射入，電場力一定對帶電粒子做正功，粒子動能增加

C.帶電粒子沿磁感線方向射入，磁場力對帶電粒子做正功，粒子動能一定增加

D.不管帶電粒子怎樣射入磁場，磁場力對帶電粒子都不做功，粒子動能不變BD第12頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四

【例2】兩個粒子帶電量相等，在同一勻強磁場中只受磁場力而做勻速圓周運動，則A.若速率相等，則半徑相等()

B.若速率相等，則周期相等()

C.若動能相等，則半徑相等()

D.若動能相等，則周期相等()能力·思維·方法××××第13頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四

【例3】一個帶電粒子沿垂直于磁場的方向射入一個勻強磁場，粒子后段軌跡如圖所示，軌跡上的每一小段都可近似看成是圓弧.由于帶電粒子使沿途的空氣電離，粒子的能量逐漸減少(帶電量不變).從圖中情況可以確定：()A.粒子從a到b，帶正電；

B.粒子從b到a，帶正電；

C.粒子從a到b，帶負(fù)電；

D.粒子從b到a，帶負(fù)電；能力·思維·方法B第14頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四帶電粒子在磁場中的運動應(yīng)用---

1、質(zhì)譜儀如圖所示，一質(zhì)量為m，電荷量為q的粒子從容器A下方小孔S1飄入電勢差為U的加速電場，然后讓粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強度為B的磁場中，最后打到底片D上.(1)求粒子進(jìn)入磁場時的速率。(2)求粒子在磁場中運動的軌道半徑。

質(zhì)譜儀最初是有湯姆生的學(xué)生阿斯頓設(shè)計的，并發(fā)現(xiàn)了氖20和氖22，證實了同位素的存在質(zhì)譜儀是一種精密儀器，是測量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具第15頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四一、直線加速器·＋－Umq一級二級三級＋－U＋－U＋－U……n級粒子獲得的能量：E=nqU第16頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四思考：有人認(rèn)為只要使加速電壓提高到足夠大，就可以避免因多級加速而使直線加速器長度過長，這種設(shè)想可行嗎？第17頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四

直線加速器可使粒子獲得足夠大的能量.但占地面積太大，能否既讓帶電粒子多次加速，獲得較高能量，又盡可能減少占地面積呢？

1932年美國物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器,巧妙的應(yīng)用帶電粒子在磁場中的運動特點解決了這一問題第18頁，共21頁，2023年，2月20日，星期四①其結(jié)構(gòu)教材圖3．6—6所示。核心部件為

和

②工作原理：③思考：最大速度有哪些因素決