帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)質(zhì)譜儀高亞軍

1、第三章 磁 場6 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng) 質(zhì)譜儀烏海市濱河中學(xué)物理教研組 高亞軍復(fù)習(xí)知識(shí):1.帶電粒子在磁場中受洛倫茲力的計(jì)算公式？（1）帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向垂直于磁場方向：f=qvB（2）帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向平行于磁場方向： f=02.帶電粒子進(jìn)入磁場時(shí)所受的洛倫茲力的方向？問題帶電粒子垂直磁場方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場時(shí)會(huì)做什么運(yùn)動(dòng)呢？今天我們帶著這個(gè)問題來學(xué)習(xí)第六節(jié)的內(nèi)容。問題討論：1、帶電粒子的軌跡在哪個(gè)方位？ 2、速度如何變化？ 3、受力如何變化？ 4、軌跡是什么形狀? vclipclip1演示實(shí)驗(yàn)：帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡演示儀器：洛倫茲力演示儀兩個(gè)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

2、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。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(yùn)動(dòng)，洛倫茲力不做功。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(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，其半徑r和周期T為多大？實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在玻璃泡中可以清楚地看到，在沒有磁場作用時(shí)，電子的徑跡是直線；在管外加上勻強(qiáng)磁場，電子的徑跡彎曲成圓形。推導(dǎo):粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)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、對(duì)于同一個(gè)粒子，軌道半徑和粒子的運(yùn)動(dòng)速率成正比。2、帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期和運(yùn)動(dòng)速率無關(guān)。當(dāng)帶電粒子進(jìn)入磁場中速度方向和磁

3、場方向既不平行又不垂直，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡又是什么樣的呢？clip4練習(xí)1：如圖所示，一束帶正電的相同的粒子垂直磁場邊界自O(shè)點(diǎn)射入勻強(qiáng)磁場中后分成了3束，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖，粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁場方向垂直，不計(jì)粒子的重力作用，已知OA=OC/2=OD/3，則這三束粒子的速率之比 v1 : v2 : v3 = 1 : 2 : 3 練習(xí)2 ：勻強(qiáng)磁場中，有兩個(gè)電子分別以速率v和2v沿垂直于磁場方向運(yùn)動(dòng)，哪個(gè)電子先回到原來的出發(fā)點(diǎn)？解因?yàn)殡娮釉趧驈?qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)周期和電子的速率無關(guān)，所以兩個(gè)電子同時(shí)回到原來的出發(fā)點(diǎn)。 練習(xí)3：如圖所示是 以相同的速度v垂直射入勻強(qiáng)磁場的部分運(yùn)動(dòng)軌跡，則1、2、3分別表示的是的

4、運(yùn)動(dòng)軌跡，它們的運(yùn)動(dòng)半徑之比是。質(zhì)譜儀介紹：質(zhì)譜儀是由湯姆生的學(xué)生阿斯頓設(shè)計(jì)的。他用質(zhì)譜儀首先得到了氖-20和氖-22的質(zhì)譜線，證實(shí)了同位素的存在。用途：經(jīng)過多次改進(jìn)，質(zhì)譜儀已經(jīng)成了一種十分精密的儀器，是測量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具。例題:一質(zhì)量為m，電荷量為q的粒子，從容器A下方的小孔S1飄入電勢(shì)差為U的加速電場。然后讓粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，最后打到照相底片D上（如圖所示）。求 ：（1）粒子進(jìn)入 磁場時(shí)的速率； （2）粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑。 練習(xí)4：如圖所示，一電量為q的帶電粒子（不計(jì)重力）自A點(diǎn)垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，寬度為d的勻強(qiáng)磁場中，

5、穿過磁場的速度方向與原來入射方向的夾角為300，則該電荷質(zhì)量m是，穿過磁場所用的時(shí)間為。由幾何知識(shí)：弧AB所對(duì)應(yīng)的圓心角=300,OB=OA即為半徑r。故：300BVVAOdP解題關(guān)鍵：（1）確定運(yùn)動(dòng)軌跡所在圓的圓心 和半徑（2）計(jì)算粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間： 先判定運(yùn)動(dòng)路徑相 當(dāng)于多少個(gè) 周長,再由 求得時(shí) 間t課堂小結(jié)：本節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)了：1、洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功。2、帶電粒子的初速度方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直時(shí)，粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。3、會(huì)推導(dǎo)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑、周期公式，并會(huì)用它們解答有關(guān)問題。4、知道質(zhì)譜儀的工作原理。作業(yè)：P102問題與練習(xí) 1、2謝謝！軌跡平面與磁場垂直因?yàn)閹щ娏Ｗ拥某跛俣群退苈鍌惼澚Φ姆较蚨荚诟艌龇较虼怪钡钠矫鎯?nèi)，沒有任何作用使粒子離開這個(gè)平面速度大小不變因?yàn)槁鍌惼澚偸歉Ｗ拥倪\(yùn)動(dòng)方向垂直,所以洛倫茲力不對(duì)粒子做功，粒子的速度大小不變速度方向時(shí)刻改變因?yàn)槁鍌惼澚偸歉Ｗ拥倪\(yùn)動(dòng)方向垂直，所以速度方向改變受力大小不變因?yàn)樗俣却笮〔蛔?所以洛倫茲力大小也不變