五帶電粒子在磁場中的運動質譜儀ppt課件

1、五 帶電粒子在磁場中的運動 質譜儀復習知識復習知識:1.帶電粒子在磁場中受洛倫茲力的計算公式？帶電粒子在磁場中受洛倫茲力的計算公式？帶電粒子運動方向垂直于磁場方向，帶電粒子運動方向垂直于磁場方向， ，帶電粒子運動方，帶電粒子運動方向平行于磁場方向，向平行于磁場方向， 。2.帶電粒子進入磁場時所受的洛倫茲力的方向？帶電粒子進入磁場時所受的洛倫茲力的方向？qvBf 0f問題帶電粒子垂直磁場方向進入勻強磁場時會做什么運動呢？今天我們帶著這個問題來學習第五節(jié)的內容。新課新課問題討論：問題討論：1、帶電粒子的軌跡在哪個方位？、帶電粒子的軌跡在哪個方位？ 2、速度如何變化？、速度如何變化？ 3、受力如何變

2、化？、受力如何變化？ 4、軌跡是什么外形、軌跡是什么外形? v軌跡平面軌跡平面與磁場垂與磁場垂直直因為帶電粒子的初速度和所受洛倫茲力的方向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，沒有任何作用都在跟磁場方向垂直的平面內，沒有任何作用使粒子離開這個平面使粒子離開這個平面速度大小速度大小不變不變因為洛倫茲力總是跟粒子的運動方向垂直因為洛倫茲力總是跟粒子的運動方向垂直,所以所以洛倫茲力不對粒子做功，粒子的速度大小不變洛倫茲力不對粒子做功，粒子的速度大小不變速度方向速度方向時刻改變時刻改變因為洛倫茲力總是跟粒子的運動方向垂直，所因為洛倫茲力總是跟粒子的運動方向垂直，所以速度方

3、向改變以速度方向改變受力大小受力大小不變不變因為速度大小不變因為速度大小不變,所以洛倫茲力大小也不變所以洛倫茲力大小也不變受力方向受力方向時刻改變時刻改變因為速度方向改變，所以洛倫茲力方向也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軌跡形狀圓圓因為帶電粒子受到一個大小不變，方向總與粒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周運動，其向心力就是洛倫茲力演示實驗：帶電粒子在磁場中的運動軌跡演示實驗：帶電粒子在磁場中的運動軌跡演示儀器：洛倫茲力演示儀演示儀器：洛倫茲力演示儀任務原理：

4、由電子槍發(fā)出的電子射線可以使任務原理：由電子槍發(fā)出的電子射線可以使管管的低壓水銀蒸汽發(fā)出輝光，顯示出電子的徑的低壓水銀蒸汽發(fā)出輝光，顯示出電子的徑跡。跡。兩個平行的通電環(huán)形兩個平行的通電環(huán)形線圈可產生沿軸線方線圈可產生沿軸線方向的勻強磁場向的勻強磁場結論：結論：帶電粒子垂直進入磁場中，粒子在垂直磁場方帶電粒子垂直進入磁場中，粒子在垂直磁場方向的平面內做勻速圓周運動，此洛倫茲力不做向的平面內做勻速圓周運動，此洛倫茲力不做功。功。問題：問題：一帶電量為一帶電量為q，質量為，質量為m，速度為，速度為v的帶電粒子垂的帶電粒子垂直進入磁感應強度為直進入磁感應強度為B的勻強磁場中，其半徑的勻強磁場中，其半

5、徑r和周期和周期T為多大？為多大？實驗景象：在暗室中可以清楚地看到，在沒有磁場作用實驗景象：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。徑跡變彎曲成圓形。推導推導:粒子做勻速圓周運動所需的向心力粒子做勻速圓周運動所需的向心力 是由是由粒子所受的洛倫茲力提供的粒子所受的洛倫茲力提供的,所以所以rvmF2qBmvr qBmT2rvmqvB2vrT2闡明闡明:1、軌道半徑和粒子的運動速率成正比。、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、帶電粒子在磁場中做勻速圓

6、周運動的周期和運動速率無關。和運動速率無關。1v2v3v例題例題2 2：如下圖，一束帶正電的一樣的粒子垂直磁：如下圖，一束帶正電的一樣的粒子垂直磁場邊境自場邊境自O O點射入勻強磁場中后分成了點射入勻強磁場中后分成了3 3束，其運動束，其運動軌跡如圖，粒子運動方向與磁場方向垂直，不計粒軌跡如圖，粒子運動方向與磁場方向垂直，不計粒子的重力作用，知子的重力作用，知OA=OC/2=OD/3OA=OC/2=OD/3，那么這三束粒子，那么這三束粒子的速率之比的速率之比 = =H11H21H31例題例題3 3：如下圖是：如下圖是 以一樣的速以一樣的速度度v v垂直射入勻強磁場的部分運動軌跡，那么垂直射入勻

7、強磁場的部分運動軌跡，那么1 1、2 2、3 3分別表示的是的運動軌跡，它分別表示的是的運動軌跡，它們的運動半徑之比是。們的運動半徑之比是。例例4:一質量為一質量為m，電荷量為，電荷量為q的粒子，從容器的粒子，從容器A下下方的小孔方的小孔S1飄入電勢差為飄入電勢差為U的加速電場。的加速電場。然后讓然后讓粒子垂直進入磁感應強度為粒子垂直進入磁感應強度為B的勻強磁場中做勻速的勻強磁場中做勻速圓周運動，最后打到照相底片圓周運動，最后打到照相底片D上如下圖。上如下圖。求求 ：1粒子進入粒子進入 磁場時的速率；磁場時的速率； 2粒子在磁場中運動的軌道半徑。粒子在磁場中運動的軌道半徑。質譜儀引見：質譜儀引

8、見：質譜儀是由湯姆生的學生阿斯頓設計的。質譜儀是由湯姆生的學生阿斯頓設計的。他用質譜儀首先得到了氖他用質譜儀首先得到了氖-20和氖和氖-22的質的質譜線，證明了同位素的存在。譜線，證明了同位素的存在。用途：用途：經過多次改良，質譜儀曾經成了一種非常經過多次改良，質譜儀曾經成了一種非常精細的儀器，是丈量帶電粒子的質量和分精細的儀器，是丈量帶電粒子的質量和分析同位素的重要工具。析同位素的重要工具。練習題：練習題：1、勻強磁場中，有兩個電子分別以速率、勻強磁場中，有兩個電子分別以速率v和和2v沿垂直于沿垂直于磁場方向運動，哪個電子先回到原來的出發(fā)點？磁場方向運動，哪個電子先回到原來的出發(fā)點？解由于電

9、子在勻強磁場中的運動周期和電子的速率無解由于電子在勻強磁場中的運動周期和電子的速率無關，所以兩個電子同時回到原來的出發(fā)點。關，所以兩個電子同時回到原來的出發(fā)點。2、質子和一價鈉離子分別垂直進入同一勻強磁場中做勻、質子和一價鈉離子分別垂直進入同一勻強磁場中做勻速圓周運動，假設它們的圓運動半徑恰好相等，這闡明速圓周運動，假設它們的圓運動半徑恰好相等，這闡明它們在剛進入磁場時它們在剛進入磁場時 A、速率相等、速率相等 B、動量大小相等、動量大小相等 C、動能相等、動能相等 D、質量相等質量相等解解 B討論：在勻強磁場中假設帶電粒子的運動方向不和磁感討論：在勻強磁場中假設帶電粒子的運動方向不和磁感 應強度方向垂直，它的運動軌跡是什么樣的曲線？應強度方向垂直，它的運動軌跡是什么樣的曲線？小結：小結：本節(jié)課我們主要學習了：本節(jié)課我們主要學習了：1、洛倫茲力對帶電粒子不做功。、洛倫茲力對帶電粒子不做功。2、帶電粒子的初速度方向和磁感應強度的方向垂直時，、帶電粒子的初速度方向和磁感應強度的方向垂直時，粒子在勻強磁場中做勻速圓