人教版《帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》名師1課件

1、3.6 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)物理新人教版選修3-13.6 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)物理新人教版選修3-1亥姆霍茲線圈電 子 槍磁場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)強(qiáng)弱選擇擋加速電壓選一.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 當(dāng)帶電粒子q以速度v垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，它將做什么運(yùn)動(dòng)? 帶電粒子將在垂直于磁場(chǎng)的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 。一.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 當(dāng)帶電粒子q以速度 速度大小不變，而方向隨時(shí)間變化。 周期T與運(yùn)動(dòng)速度及運(yùn)動(dòng)半徑無(wú)關(guān)。 速度大小不變，而方向隨時(shí)間變化。 周期T與運(yùn)動(dòng)速度及運(yùn) 通過(guò)威爾遜云室顯示的正負(fù)電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)徑跡 通過(guò)威爾遜云

2、室顯示的正負(fù)電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)徑跡 通過(guò)格雷塞爾氣泡室顯示的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)徑跡 通過(guò)格雷塞爾氣泡室顯示的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)徑例1 三種粒子 、 ，它們以相同速度垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，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(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，從a點(diǎn)以不同的速度水平射入兩完全相同的帶電粒子，一個(gè)從c點(diǎn)垂直cd射出，一個(gè)從d點(diǎn)射出，則從c、d兩點(diǎn)射出的粒子的速度之比 ； 在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比 ; 加速度之比是 . dabc211221例、一有界的正方形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，從a點(diǎn)以不同的速度水平射入兩求在有界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)

3、間：運(yùn)動(dòng)時(shí)間與圓心角成正比。當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)的圓弧所對(duì)的圓心角為時(shí),其運(yùn)動(dòng)時(shí)間為求在有界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間：運(yùn)動(dòng)時(shí)間與圓心角成正比。當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)例、ab和cd是勻強(qiáng)磁場(chǎng)兩條平行直線.在O點(diǎn)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(guò)直線cd時(shí)，速度為v1，方向與cd垂直；粒子2在通過(guò)直線cd時(shí)，速度為v2，方向與cd夾角為60.從射出到經(jīng)過(guò)直線cd，粒子經(jīng)歷時(shí)間分別為t1、t2，則：t1t2=?32例、ab和cd是勻強(qiáng)磁場(chǎng)兩條平行直線.在O點(diǎn)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(guò)入射點(diǎn)和出射點(diǎn)作垂直于速度方向的直線,交點(diǎn)就是軌跡的圓心.帶電粒子做勻速

4、圓周運(yùn)動(dòng)圓心的確定2)可以通過(guò)入射點(diǎn)作入射方向的垂線,連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn),作其連線的中垂線, 交點(diǎn)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(guò)入射點(diǎn)和出射點(diǎn)作3)在圓周與割線的兩個(gè)交點(diǎn)上速度與割線的夾角相等.AvBv、3)在圓周與割線的兩個(gè)交點(diǎn)上速度與割線的夾角相等.AvBv例題：一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為的粒子，從容器下方的小孔S1飄入電勢(shì)差為的加速電場(chǎng)，然后經(jīng)過(guò)S3沿著與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，最后打到照相底片上求：（）求粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速率（）求粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑(1)粒子在S1區(qū)做什么運(yùn)動(dòng)?(2)在S2區(qū)做何種運(yùn)動(dòng)，在S3區(qū)將做何種運(yùn)動(dòng)?(3)假

5、如粒子沿一半圓運(yùn)動(dòng)打到底片D上，S3距離D多遠(yuǎn)？例題：一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為的粒子，從容器下方的小孔S1飄入質(zhì)譜儀原理分析1、質(zhì)譜儀是測(cè)量帶電粒子荷質(zhì)比、分析同位素的重要工具2、基本原理將質(zhì)量不等、電荷數(shù)相等的帶電粒子經(jīng)同一電場(chǎng)加速再垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)3、推導(dǎo)質(zhì)譜儀原理分析1、質(zhì)譜儀是測(cè)量帶電粒子荷質(zhì)比、分析同位素的重例5 質(zhì)量為m，電荷量為q的粒子，以初速度V0垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、寬度為L(zhǎng)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，如圖所示。求(1)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡及運(yùn)動(dòng)性質(zhì)(2)帶電粒子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑(3)帶電粒子離開(kāi)磁場(chǎng)電的速率(4)帶電粒子離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角(5)帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t(6)帶電粒子

6、離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)偏轉(zhuǎn)的側(cè)位移例5 質(zhì)量為m，電荷量為q的粒子，以初速度V0垂直進(jìn)入磁感應(yīng)例5 質(zhì)量為m，電荷量為q的粒子，以初速度v0垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、寬度為L(zhǎng)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，如圖所示。求(1)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡及運(yùn)動(dòng)性質(zhì)(2)帶電粒子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑(3)帶電粒子離開(kāi)磁場(chǎng)電的速率(4)帶電粒子離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)角(5)帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t(6)帶電粒子離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)偏轉(zhuǎn)的側(cè)位移例5 質(zhì)量為m，電荷量為q的粒子，以初速度v0垂直進(jìn)入磁感應(yīng)帶電粒子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)；軌跡為圓周的一部分。帶電粒子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)；軌跡為圓周的一部分。例、如圖在直線MN的右側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直向里。電子

7、(電量e、質(zhì)量m)以速度v從MN上的孔A，垂直于MN射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，途經(jīng)P點(diǎn)，并最終打在MN上的O點(diǎn),已知AP連線與速度方向的夾角為，不計(jì)重力.求（1）A、O之間的距離（2）從A運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)所用 的時(shí)間。ANMPv例、如圖在直線MN的右側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直人教版帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)名師1課件abP v例、如圖一帶正電粒子質(zhì)量為m,帶電量為q,從隔板ab上一個(gè)小孔P處與隔板成角垂直于磁感線射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū),粒子初速度大小為v,則：(1)粒子經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間再次到達(dá)隔板？(2)到達(dá)點(diǎn)與P點(diǎn)相距多遠(yuǎn)？(不計(jì)重力)abP v例、如圖一帶正電粒子質(zhì)量為m,帶電量為q,從隔板

8、a1加速原理：利用加速電場(chǎng)對(duì)帶電粒子做正功使帶電粒子的動(dòng)能增加，qU=Ek2直線加速器，多級(jí)加速如圖所示是多級(jí)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(chǎng)對(duì)帶電粒子做正功使帶電粒子的動(dòng)能增 由動(dòng)能定理得帶電粒子經(jīng)n極的電場(chǎng)加速后增加的動(dòng)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(nèi)制造直線加速器受到一定的限制 由動(dòng)能定理得帶電粒子經(jīng)n極的電場(chǎng)加速后增加的動(dòng)能為： 西電東送“超級(jí)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(kāi)工，這是世界上第一項(xiàng)800千伏直流輸電工程，也成為世界上最高電壓等級(jí)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(jí)為600千伏。 2000公里/秒 西電東送“超級(jí)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(guó)物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，實(shí)現(xiàn)了在較小的空間范圍內(nèi)進(jìn)行多級(jí)加速2工作原理：利用電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的加速作用和磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的偏轉(zhuǎn)作用來(lái)獲得高能粒子，這些過(guò)程在回旋加速器的核心部件兩個(gè)D形盒和其間的窄縫內(nèi)完成。 二、回旋加速器 11932年美國(guó)物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加 1931年，加利福尼亞大學(xué)的勞倫斯斯提出了一個(gè)卓越的思想，通過(guò)磁場(chǎng)的作用迫使帶電粒子沿著磁極之間做螺旋線運(yùn)動(dòng),把長(zhǎng)長(zhǎng)的電極像卷尺那樣卷起來(lái)，發(fā)明了回旋加速器，第一臺(tái)直徑為27cm的回旋加速器投入運(yùn)行，它

10、能將質(zhì)子加速到1Mev。1939年勞倫斯獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。 1931年，加利福尼亞大學(xué)的勞倫斯斯提出了一個(gè)卓越的思想U(xiǎn)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(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(共33張PPT)新人教版高中物理選修3-13.6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(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(chǎng)的作用：帶電粒子以某一速度垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后，并在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其周期和速率、半徑均無(wú)關(guān)，帶電粒子每次進(jìn)入D形盒都運(yùn)動(dòng)相等的時(shí)間（半個(gè)周期）后平行電場(chǎng)方向進(jìn)入電場(chǎng)中加速（2）電場(chǎng)的作用：回旋加速器的兩個(gè)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(duì)截面的勻強(qiáng)電場(chǎng)，帶電粒子經(jīng)過(guò)該區(qū)域時(shí)被加速（3）交變電壓：為了保證帶電粒子每次經(jīng)過(guò)窄縫時(shí)都被加速，使之能量不斷提高，須在窄縫兩側(cè)加上跟帶電粒子在D形盒中運(yùn)動(dòng)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(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(共33張PPT)新人教版高中物理選修3-13.6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(共33張PPT)（1）磁場(chǎng)的作用：帶電粒子以某一速度垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)新人教版高中物理選修3-13.6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(共33張PPT)新人教版高中物理選修3-13.6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(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(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)帶電粒子的最終能量當(dāng)帶電粒子的速度最大時(shí)，其運(yùn)動(dòng)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(dòng)能：所以，要提高加速粒子的最終能量，應(yīng)盡可能增大磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(共33張PPT)新人教版高中物理選修3-13.6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(共33張PPT)帶電粒子的最終能量當(dāng)帶電粒子的速度最大時(shí)，其運(yùn)動(dòng)半徑也最為什么帶電粒子經(jīng)回旋加速器加速后的最終能量與加速電壓無(wú)關(guān)？解析：加速電壓越高，帶電粒子每次加速的動(dòng)能增量越大，回旋半徑也增加越多，導(dǎo)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(jiàn)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(shí)的速度和相應(yīng)的動(dòng)能，由 可知，增強(qiáng)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(wú)關(guān)新人教版高中物理選修3-13.6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(共33張PPT)新人教版高中物理選修3-13.6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(共33張PPT)為什么帶電粒子經(jīng)回旋加速器加速后的最終能量與加速電壓無(wú)關(guān)小結(jié)： 回旋加速器利用兩D形盒窄縫間的電場(chǎng)使帶電粒子加速，利用D形盒內(nèi)的磁場(chǎng)使帶電粒子偏轉(zhuǎn)，帶電粒子所能獲得的最終能量與B和R有關(guān)，與U無(wú)關(guān)新人教版高中物理選修3-13.6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(共33張PPT)新人教版高中物理選修3-13.6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(共33張PPT)小結(jié)： 回旋加速器利用兩D形盒窄縫間的電場(chǎng)使 如果盡量增強(qiáng)回旋加速器的磁場(chǎng)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(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(共33張PPT)新人教版高中物理選修3-13.6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(共33張PPT) 如果盡量增強(qiáng)回旋加速器的磁場(chǎng)或加大D形盒半徑，本課小結(jié)：一、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)平行磁感線進(jìn)入：