帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)第一頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日一、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(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(chǎng)第二頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日νF理論分析沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。復(fù)位．第三頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日3、結(jié)論：帶電粒子垂直進(jìn)入磁場(chǎng)中，粒子在垂直磁場(chǎng)方向的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，此洛倫茲力不做功。4、問(wèn)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(chǎng)中，其半徑r和周期T為多大？2、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在暗室中可以清楚地看到，在沒(méi)有磁場(chǎng)作用時(shí)，電子的徑跡是直線；在管外加上勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電子的徑跡變彎曲成圓形。第四頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日粒子做勻速圓周運(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(shuō)明:1、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(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期與運(yùn)動(dòng)速率無(wú)關(guān)，與其比荷有關(guān)。二、半徑公式、周期公式推導(dǎo):第五頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日練習(xí)1

1.如圖所示，在長(zhǎng)直導(dǎo)線中有恒電流I通過(guò)，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(yùn)動(dòng)，軌跡是圓

B.沿路徑a運(yùn)動(dòng)，軌跡半徑越來(lái)越大

C.沿路徑a運(yùn)動(dòng)，軌跡半徑越來(lái)越小

D.沿路徑b運(yùn)動(dòng)，軌跡半徑越來(lái)越大

D第六頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日

2.質(zhì)子和α粒子在同一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做半徑相同的圓周運(yùn)動(dòng)，由此可知質(zhì)子的動(dòng)能E1和α粒子的動(dòng)能E2之比為E1/E2=().3.一長(zhǎng)直螺線管通有交流電，一個(gè)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(yùn)動(dòng)情況是：()A.勻加速運(yùn)動(dòng)B.勻減速運(yùn)動(dòng)

C.勻速直線運(yùn)動(dòng)D.在螺線管內(nèi)來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)練習(xí)2１∶１C第七頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日4、如圖所示，銅質(zhì)導(dǎo)電板置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，通電時(shí)銅板中電流方向向下，由于磁場(chǎng)的作用，則（）A.板左側(cè)聚集較多電子，使b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn)B.板左側(cè)聚集較多電子，使a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)C.板右側(cè)聚集較多電子，使a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)D.板右側(cè)聚集較多電子，使b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn)練習(xí)3C第八頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日

與不垂直拓展：粒子的軌跡是一條螺旋線第九頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日小結(jié)：電荷的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的三種運(yùn)動(dòng)形式如運(yùn)動(dòng)電荷在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中除洛侖茲力外其他力均忽略不計(jì)（或均被平衡）(2)當(dāng)υ⊥B時(shí)，所受洛侖茲力提供向心力，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；（性質(zhì)：變加速曲線運(yùn)動(dòng)）(3)當(dāng)υ與B夾一般角度時(shí)，軌跡成螺旋曲線（高中不作要求）（性質(zhì)：變加速曲線運(yùn)動(dòng)）(1)當(dāng)υ∥B時(shí)，所受洛侖茲力為零，做勻速直線運(yùn)動(dòng)；在同一磁場(chǎng)中，不同的速度的運(yùn)動(dòng)粒子，其周期與速度無(wú)關(guān)，只與其荷質(zhì)比有關(guān)．第十頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日軌跡平面與磁場(chǎng)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?chǎng)方向垂直的平面內(nèi)，沒(méi)有任何作用使粒子離開(kāi)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受力方向時(shí)刻改變因?yàn)樗俣确较蚋淖?，所以洛倫茲力方向也改變軌跡形狀圓因?yàn)閹щ娏Ｗ邮艿揭粋€(gè)大小不變，方向總與粒子運(yùn)動(dòng)方向垂直的力，因此帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其向心力就是洛倫茲力第十一頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日能力·思維·方法

【例1】關(guān)于帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法中正確的是：()A.帶電粒子沿電場(chǎng)線方向射入，電場(chǎng)力對(duì)帶電粒子不做功，粒子動(dòng)能不變

B.帶電粒子沿垂直電場(chǎng)線方向射入，電場(chǎng)力一定對(duì)帶電粒子做正功，粒子動(dòng)能增加

C.帶電粒子沿磁感線方向射入，磁場(chǎng)力對(duì)帶電粒子做正功，粒子動(dòng)能一定增加

D.不管帶電粒子怎樣射入磁場(chǎng)，磁場(chǎng)力對(duì)帶電粒子都不做功，粒子動(dòng)能不變BD第十二頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日

【例2】?jī)蓚€(gè)粒子帶電量相等，在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中只受磁場(chǎng)力而做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，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(dòng)能相等，則半徑相等()

D.若動(dòng)能相等，則周期相等()能力·思維·方法××××第十三頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日

【例3】一個(gè)帶電粒子沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)，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第十四頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)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(shì)差為U的加速電場(chǎng)，然后讓粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，最后打到底片D上.(1)求粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速率。(2)求粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)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(jì)的，并發(fā)現(xiàn)了氖20和氖22，證實(shí)了同位素的存在質(zhì)譜儀是一種精密儀器，是測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具第十五頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日一、直線加速器·＋－Umq一級(jí)二級(jí)三級(jí)＋－U＋－U＋－U……n級(jí)粒子獲得的能量：E=nqU第十六頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日思考：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(jí)加速而使直線加速器長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，這種設(shè)想可行嗎？第十七頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日

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(guó)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(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)解決了這一問(wèn)題第十八頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日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