帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運動課件

第三章磁場第6節(jié)

帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運動1第三章磁場第6節(jié)復(fù)習(xí)：2、洛倫茲力的大小和方向如何確定？3、洛倫茲力有什么特點？復(fù)習(xí)：2、洛倫茲力的大小和方向如何確定？3、洛倫茲力有什么特一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運動問題1：帶電粒子平行射入勻強(qiáng)磁場的運動狀態(tài)？（重力不計）問題2：帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場的運動狀態(tài)？（重力不計）勻速直線運動一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運動問題1：帶電粒子平行射入勻強(qiáng)磁（1）當(dāng)v⊥B

時，洛倫茲力的方向與速度方向的關(guān)系?（2）帶電粒子僅在洛倫茲力的作用下，粒子的速率變化么？能量呢？（3）洛倫茲力如何變化？（4）從上面的分析，你認(rèn)為垂直于勻強(qiáng)磁場方向射入的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場中的運動狀態(tài)如何？（1）當(dāng)v⊥B時，洛倫茲力的方向與速度方向的關(guān)系?（2）洛倫茲力演示儀兩個平行的通電環(huán)形線圈可產(chǎn)生沿軸線方向的勻強(qiáng)磁場洛倫茲力演示儀兩個平行的通電環(huán)形線圈可產(chǎn)生沿軸線方向的勻強(qiáng)磁勵磁線圈電子槍磁場強(qiáng)弱選擇擋加速電壓選擇擋2、實驗驗證勵磁線圈電子槍磁場強(qiáng)弱選擇擋加速電工作原理:由電子槍發(fā)出的電子射線可以使管內(nèi)的低壓水銀蒸汽發(fā)出輝光,顯示出電子的徑跡.工作原理:（2）實驗演示a、不加磁場時觀察電子束的徑跡.b、給勵磁線圈通電，觀察電子束的徑跡.c、保持初射電子的速度不變，改變磁感應(yīng)強(qiáng)度，觀察電子束徑跡的變化.d、保持磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，改變出射電子的速度，觀察電子束徑跡的變化.（2）實驗演示a、不加磁場時觀察電子束的徑跡.b、給勵磁線圈（3）實驗結(jié)論①沿著與磁場垂直的方向射入磁場的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運動.③磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，粒子射入的速度增加，軌道半徑也增大。②粒子射入速度不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度增大，軌道半徑減小。（3）實驗結(jié)論①沿著與磁場垂直的方向射入磁場的帶電粒子，在勻

理論分析因為：洛侖茲力總與速度方向垂直.所以：洛侖茲力不改變速度大小，洛侖茲力的大小也就不變.結(jié)論：帶電粒子在垂直于磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運動。由洛侖茲力提供向心力。理論分析因為：洛侖茲力帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運動ppt課件電荷的勻強(qiáng)磁場中的三種運動形式如運動電荷在勻強(qiáng)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；(3)當(dāng)υ與B夾一般角度時，由于可以將υ正交分解為υ∥和υ⊥（分別平行于和垂直于）B，因此電荷一方向以υ∥的速度在平行于B的方向上做勻速直線運動，另一方向以υ⊥的速度在垂直于B的平面內(nèi)做勻速圓周運動。

(1)當(dāng)υ∥B時，所受洛侖茲力為零，做勻速直線運動；等距螺旋

電荷的勻強(qiáng)磁場中的三種運動形式如運動電荷在勻強(qiáng)磁場中除洛侖茲帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運動ppt課件自主學(xué)習(xí)：推導(dǎo)粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運動的圓半徑r和運動周期T，與粒子的速度v和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的關(guān)系表達(dá)式.

q自主學(xué)習(xí)：推導(dǎo)粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運動的1）圓周運動的半徑2）圓周運動的周期帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的圓周運動在同一磁場中，不同的速度的運動粒子，其周期與速度無關(guān)，只與其比荷有關(guān)．1）圓周運動的半徑2）圓周運動的周期帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的圓帶電粒子在汽泡室運動徑跡的照片。有的粒子運動過程中能量降低，速度減小，徑跡就呈螺旋形。帶電粒子在汽泡室運動徑跡的照片。有的粒子運動過程中能量降低，質(zhì)譜儀一個質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子,從容器下方的小孔S1飄入電勢差為U的加速電場,其初速度幾乎為零,然后經(jīng)過S3沿著與磁場方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,最后打到照相底片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.DAUS1S2S3B767372質(zhì)譜儀一個質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子,從容器下方的小孔S1飄（一）、質(zhì)譜儀測量帶電粒子的質(zhì)量或比荷分析同位素二、實際應(yīng)用（一）、質(zhì)譜儀測量帶電粒子的質(zhì)量或比荷分析同位素二、實際應(yīng)用例、如圖,水平導(dǎo)線中有電流I通過,導(dǎo)線正下方的電子初速度的方向與電流I的方向相同,則電子將（）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,軌跡半徑越來越小vabIB例、如圖,水平導(dǎo)線中有電流I通過,導(dǎo)線正下方的電子初速度的方三三回旋加速器1．直線加速器三三回旋加速器1．直線加速器（二）、回旋加速器（二）、回旋加速器1、作用：產(chǎn)生高速運動的粒子2、原理1）、兩D形盒中有勻強(qiáng)磁場無電場，盒間縫隙有交變電場。2）、交變電場的周期等于粒子做勻速圓周運動的周期。已知回旋加速器中D形盒內(nèi)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，D形盒的半徑為r.今將質(zhì)量為m、電量為q的質(zhì)子從間隙中心處由靜止釋放，求粒子在加速器內(nèi)加速后所能達(dá)到的最速度表達(dá)式.

1、作用：產(chǎn)生高速運動的粒子2、原理1）、兩D形盒中有勻強(qiáng)磁帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運動ppt課件3、注意1、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運動周期跟運動速率和軌道半徑無關(guān)，對于一定的帶電粒子和一定的磁感應(yīng)強(qiáng)度來說，這個周期是恒定的。2、交變電場的往復(fù)變化周期和粒子的運動周期T相同，這樣就可以保證粒子在每次經(jīng)過交變電場時都被加速。3、注意1、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運動周期

如果盡量增強(qiáng)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？

由于相對論的限制，回旋加速器只能把粒子加速到一定的能量。如果盡量增強(qiáng)回旋加速器的磁場或加大D形盒半徑，回旋加速器中磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，D形盒的半徑為R，用該回旋加速器加速質(zhì)量為m、電量為q的粒子，設(shè)粒子加速前的初速度為零。求：（1）粒子的回轉(zhuǎn)周期是多大？（2）高頻電極的周期為多大？（3）粒子的最大動能是多大？回旋加速器中磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，D形盒的半徑帶電粒子做圓周運動的分析方法－圓心的確定（１）已知入射方向和出射方向,可以通過入射點和出射點分別作垂直與入射方向和出射方向的直線，兩條直線的交點就是圓弧軌道的圓心V0PMOV帶電粒子做圓周運動的分析方法－圓心的確定（１）已知入射方向帶電粒子做圓周運動的分析方法－圓心的確定（２）已知入射方向和出射點的位置時，可以通過入射點作入射方向的垂線，連接入射點和出射點，作其中垂線，這兩條垂線的交點就是圓弧軌道的圓心．VPMO帶電粒子做圓周運動的分析方法－圓心的確定（２）已知入射方向和半徑的確定和計算利用平面幾何的關(guān)系，求出該圓的可能半徑（或圓心角），并注意以下兩個重要的幾何特點：１．粒子速度的偏向角φ等與圓心角α，并等于AB弦與切線的夾角θ（弦切角）的２倍．即φ=α=2θ=ωt２．相對的弦切角（θ）相等，與相鄰的弦切角（θ’）互補(bǔ)，即θ＋θ’＝１８０°Φ(偏向角）ＡvvO’αＢθθθ‘半徑的確定和計算利用平面幾何的關(guān)系，求出該圓的可能半徑（或圓運動時間的確定利用偏轉(zhuǎn)角（即圓心角α）與弦切角的關(guān)系，或者利用四邊形的內(nèi)角和等與360°計算出圓心角α的大小,由公式

t=αT/360°可求出粒子在磁場中運動的時間運動時間的確定利用偏轉(zhuǎn)角（即圓心角α）與弦切角的關(guān)系，或者利注意圓周運動中的有關(guān)對稱規(guī)律如從同一邊界射入的粒子,從同一邊界射出時,速度與邊界的夾角相等,在圓形磁場區(qū)域內(nèi),沿徑向射入的粒子,必沿徑向射出.注意圓周運動中的有關(guān)對稱規(guī)律如從同一邊界射入的粒子,從同一邊帶電粒子在磁場中運動的多解問題帶電粒子的電性不確定形成多解受洛侖茲力作用的帶電粒子,可能帶正電荷,也可能帶負(fù)電荷,在相同的初速度下,正、負(fù)粒子在磁場中的軌跡不同，導(dǎo)致形成雙解。帶電粒子在磁場中運動的多解問題帶電粒子的電性不確定形成多解帶電粒子在磁場中運動的多解問題臨界狀態(tài)不唯一形成多解帶電粒子在洛侖茲力作用下飛越有界磁場時，由于粒子的運動軌跡是圓弧狀，因此它可能穿過去了，也可能轉(zhuǎn)過180°從有界磁場的這邊反向飛出，形成多解帶電粒子在磁場中運動的多解問題臨界狀態(tài)不唯一形成多解帶電粒子在磁場中運動的多解問題運動的重復(fù)性形成多解帶電粒子在磁場中運動時，由于某些因素的變化，例如磁場的方向反向或者速度方向突然反向，往往運動具有反復(fù)性，因而形成多解。帶電粒子在磁場中運動的多解問題運動的重復(fù)性形成多解例題一個帶電粒子，沿垂直于磁場的方向射入一勻強(qiáng)磁場，粒子的一段徑跡如圖4所示，徑跡上的每一小段可近似看成圓?。捎趲щ娏Ｗ邮寡赝镜目諝怆婋x，粒子的能量逐漸減小（帶電量不變）．從圖中可以確定[

]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)電例題一個帶電粒子，沿垂直于磁場的方向射入一勻強(qiáng)磁場，粒子的一例題如圖所示，abcd為絕緣擋板圍成的正方形區(qū)域，其邊長為L，在這個區(qū)域內(nèi)存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場．正、負(fù)電子分別從ab擋板中點K，沿垂直擋板ab方向射入場中，其質(zhì)量為m，電量為e．若從d、P兩點都有粒子射出，則正、負(fù)電子的入射速度分別為多少？（其中bP=L/4）

例題如圖所示，abcd為絕緣擋板圍成的正方形區(qū)域，其邊長為L例題如圖所示，為一有圓形邊界的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，一束質(zhì)子流以不同速率由圓周上同一點沿半徑方向射入磁場，則質(zhì)子在磁場中A.路程長的運動時間長B.速率大的運動時間長C.速度偏轉(zhuǎn)角大的運動時

間長D.運動時間有可能無限長

（設(shè)質(zhì)子不受其它力）例題如圖所示，為一有圓形邊界的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，一束質(zhì)子流以不同思路分析與解答：粒子只受洛侖茲力，且速度與磁場垂直，粒子在磁場中做勻速圓周運動。周期T=2πm/qB與速度無關(guān)，但這并不能保證本例中的粒子在同一磁場區(qū)內(nèi)運動時間相同，因為粒子在題設(shè)磁場區(qū)內(nèi)做了一段不完整的圓周運