人教高中物理《帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》課件

新課標(biāo)高中物理選修3-1第三章

磁場(chǎng)第一節(jié)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)的中的運(yùn)動(dòng)

第一頁(yè)，共31頁(yè)?！睿仡櫯c思考……1、什么是洛倫茲力？方向怎樣判定？安培力洛倫茲力宏觀表現(xiàn)微觀實(shí)質(zhì)2、帶電粒子在磁場(chǎng)中是否一定受洛倫茲力？+VBF洛討論：①當(dāng)：V⊥BF洛＝qVB②當(dāng)：V=0

F洛=0V∥B

F洛=03、帶電粒子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中會(huì)做什么運(yùn)動(dòng)呢？（重力不計(jì)）第二頁(yè)，共31頁(yè)。一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1、運(yùn)動(dòng)的軌跡：

問(wèn)題1：帶電粒子平行射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？（重力不計(jì)）Bv

當(dāng)v∥B時(shí)F洛=0

（電荷不受洛侖茲力作用）帶電粒子做：勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。第三頁(yè)，共31頁(yè)。一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1、運(yùn)動(dòng)的軌跡：

問(wèn)題2：帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？（重力不計(jì)）①速度V垂直于磁場(chǎng)B②只受洛倫茲力0vF

帶電粒子做：勻速圓周運(yùn)動(dòng)。第四頁(yè)，共31頁(yè)。洛倫茲力演示儀電子槍加速電壓勵(lì)磁線(xiàn)圈SN勵(lì)磁電流第五頁(yè)，共31頁(yè)。①洛倫茲力演示儀

工作原理：由電子槍發(fā)出的電子射線(xiàn)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(xiàn)圈可產(chǎn)生沿軸線(xiàn)方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。第六頁(yè)，共31頁(yè)。②觀察實(shí)驗(yàn)：

不加磁場(chǎng)：電子束徑跡是直線(xiàn)帶電粒子在勻強(qiáng)用場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡

加磁場(chǎng)：電子束徑跡是圓周。（洛倫茲力提供向心力）B變大、V定：電子束徑跡半徑變小B定、V變大：電子束徑跡半徑變大第七頁(yè)，共31頁(yè)。2、軌道半徑和周期……

思考與討：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？（1）軌道半徑（如何推導(dǎo)？）0vF洛倫茲力提供向心力：

vBqF=洛rvm2=r=mvqB半徑：

在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的帶電粒子，軌道半徑跟運(yùn)動(dòng)速率成正比。第八頁(yè)，共31頁(yè)。2、軌道半徑和周期……

思考與討：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）周期（如何推導(dǎo)？）0vFqBmvrTpp22==r=mvqB半徑：

周期跟軌道半徑和運(yùn)動(dòng)速率均無(wú)關(guān)。周期:第九頁(yè)，共31頁(yè)。

【例題1】勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有兩個(gè)電子分別以速率v和2v沿垂直于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，哪個(gè)電子先回到原來(lái)的出發(fā)點(diǎn)？-ev2v-eBT=2πm/eB

運(yùn)動(dòng)周期和電子的速率無(wú)關(guān)，兩個(gè)電子同時(shí)回到原來(lái)的出發(fā)點(diǎn)。兩個(gè)電子軌道半徑如何？

軌道半徑與粒子射入的速度成正比。第十頁(yè)，共31頁(yè)。

【習(xí)題2】如圖所示，在加有勻強(qiáng)磁場(chǎng)的區(qū)域中，一垂直于磁場(chǎng)方向射入的帶電粒子，其間通過(guò)絕緣板，（無(wú)電量損失）軌跡如圖所示，從圖中可以看出：（）

A．帶電粒子帶正電，是從B點(diǎn)射入的

B．帶電粒子帶負(fù)電，是從B點(diǎn)射入的

C．帶電粒子帶負(fù)電，是從A點(diǎn)射入的

D．帶電粒子帶正電，是從A點(diǎn)射入的BAr=mvqB半徑：

帶電粒子穿過(guò)絕緣板后動(dòng)能減少，速度減小。由

半徑必減小，故粒子從右向左運(yùn)動(dòng)。C周期有無(wú)變化？第十一頁(yè)，共31頁(yè)。

【例題1】同一種帶電粒子以不同的速度垂直磁場(chǎng)邊界、垂直磁感線(xiàn)射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，則可知：（1）帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的速度值有幾個(gè)？（2）這些速度大小關(guān)系如何？（3）三束粒子從O點(diǎn)出發(fā)分別到達(dá)1、2、3點(diǎn)所用的時(shí)間關(guān)系如何？O123V解析：因r3>r2>r1（1）3個(gè)（2）v1<v2<v3r=mvqB半徑：qBmvrTpp22==（3）t1=t2=t3第十二頁(yè)，共31頁(yè)。

【例題2】一個(gè)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(shì)差為U的加速電場(chǎng)，其初速度幾乎為零，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B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，最后打到照相底片D上。（重力不計(jì)）（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。mqUvqUmv2212==22qBmUqBmvr==測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量或比荷分析同位素第十三頁(yè)，共31頁(yè)。質(zhì)譜儀阿斯頓：他用質(zhì)譜儀發(fā)現(xiàn)了同位素氖20和氖22第十四頁(yè)，共31頁(yè)。(3)圓形邊界(沿徑向射入必沿徑向射出，如圖3所示)第十五頁(yè)，共31頁(yè)。(1)直線(xiàn)邊界(進(jìn)出磁場(chǎng)具有對(duì)稱(chēng)性，如圖1所示)

圖1(2)平行邊界(存在臨界條件，如圖2所示)圖2第十六頁(yè)，共31頁(yè)。如圖,虛線(xiàn)上方存在無(wú)窮大磁場(chǎng)，帶正電質(zhì)量m、電量q的粒子以速度v沿與虛線(xiàn)成600、900、1200、1800角分別射入，請(qǐng)你作出幾種情況下粒子軌跡、并求其在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t。有界磁場(chǎng)粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱(chēng)規(guī)律:從同一直線(xiàn)邊界射入的粒子，從同一邊界射出時(shí)，速度與邊界的夾角相等。第十七頁(yè)，共31頁(yè)。（3）粒子在同一個(gè)D形盒中相鄰兩條軌道半徑比?阿斯頓：他用質(zhì)譜儀發(fā)現(xiàn)了同位素氖20和氖22隨著粒子速度的增大，走過(guò)半圓所需時(shí)間越短？（2）周期（如何推導(dǎo)？）不加磁場(chǎng)：電子束徑跡是直線(xiàn)2、軌道半徑和周期……帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件？軌道半徑與粒子射入的速度成正比。123在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的帶電粒子，軌道半徑跟運(yùn)動(dòng)速率成正比。測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量或比荷2、帶電粒子在磁場(chǎng)中是否一定受洛倫茲力？?jī)蒁形盒中有勻強(qiáng)磁場(chǎng)無(wú)電場(chǎng)，磁場(chǎng)使粒子回旋。對(duì)撞機(jī)"開(kāi)足馬力"后，能把數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的粒子加速至將近每秒鐘30萬(wàn)公里，相當(dāng)于光速的99.（１）已知入射方向和出射方向，可以通過(guò)入射點(diǎn)和出射點(diǎn)分別作垂直與入射方向和出射方向的直線(xiàn)，兩條直線(xiàn)的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心。(2)電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=?思考與討：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）求粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑。隨著徑跡半徑的增大，走過(guò)半圓所需時(shí)間越多？【例題1】同一種帶電粒子以不同的速度垂直磁場(chǎng)邊界、垂直磁感線(xiàn)射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，則可知：入射角600時(shí):O入射角1200時(shí):O第十八頁(yè)，共31頁(yè)。入射角900時(shí):O入射角1800時(shí):O第十九頁(yè)，共31頁(yè)。例3:如圖，一束電子（電量為e)以速度V垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、寬度為d的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，穿透磁場(chǎng)時(shí)的速度與電子原來(lái)的入射方向的夾角為300。求:(1)電子的質(zhì)量m=?

(2)電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=?dBeθvO1.找圓心2.定半徑3.確定運(yùn)動(dòng)時(shí)間利用v⊥R利用弦的中垂線(xiàn)幾何法求半徑R向心力公式求半徑RT=Tθ（θ用弧度表示）第二十頁(yè)，共31頁(yè)?；匦铀倨髦本€(xiàn)加速器+-+-~第二十一頁(yè)，共31頁(yè)。兩D形盒中有勻強(qiáng)磁場(chǎng)無(wú)電場(chǎng)，磁場(chǎng)使粒子回旋。兩D形盒間縫隙有交變電場(chǎng)無(wú)磁場(chǎng)，電場(chǎng)使粒子加速?；匦铀倨麟S著粒子速度的增大，走過(guò)半圓所需時(shí)間越短？隨著徑跡半徑的增大，走過(guò)半圓所需時(shí)間越多？第二十二頁(yè)，共31頁(yè)。1.磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng),周期不變.每一個(gè)周期加速幾次？2.電場(chǎng)的變化周期有何規(guī)律？一個(gè)周期方向變化幾次？3.粒子加速的最大速度由何決定？

（注意：電場(chǎng)加速過(guò)程中,時(shí)間極短,可忽略.）回旋加速器第二十三頁(yè)，共31頁(yè)。在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的帶電粒子，軌道半徑跟運(yùn)動(dòng)速率成正比。兩個(gè)平行的通電環(huán)形線(xiàn)圈可產(chǎn)生沿軸線(xiàn)方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。帶電粒子在勻強(qiáng)用場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡隨著粒子速度的增大，走過(guò)半圓所需時(shí)間越短？B變大、V定：電子束徑跡半徑變小不加磁場(chǎng)：電子束徑跡是直線(xiàn)(3)圓形邊界(沿徑向射入必沿徑向射出，如圖3所示)隨著粒子速度的增大，走過(guò)半圓所需時(shí)間越短？(3)圓形邊界(沿徑向射入必沿徑向射出，如圖3所示)（1）帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的速度值有幾個(gè)？粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱(chēng)規(guī)律:從同一直線(xiàn)邊界射入的粒子，從同一邊界射出時(shí)，速度與邊界的夾角相等。不加磁場(chǎng)：電子束徑跡是直線(xiàn)問(wèn)題2：帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？（重力不計(jì)）兩D形盒間縫隙有交變電場(chǎng)無(wú)磁場(chǎng)，電場(chǎng)使粒子加速。隨著粒子速度的增大，走過(guò)半圓所需時(shí)間越短？帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件？V∥BF洛=0一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)對(duì)撞機(jī)"開(kāi)足馬力"后，能把數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的粒子加速至將近每秒鐘30萬(wàn)公里，相當(dāng)于光速的99.帶電粒子做：勻速圓周運(yùn)動(dòng)。例1：回旋加速器中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。D形盒直徑為d，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？高頻電極周期為多大？（2）粒子的最大速度、最大動(dòng)能各是多大？（3）粒子在同一個(gè)D形盒中相鄰兩條軌道半徑比?第二十四頁(yè)，共31頁(yè)。歐核中心？歐核中心的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）是迄今為止世界上規(guī)模最大的粒子對(duì)撞機(jī)。對(duì)撞機(jī)"開(kāi)足馬力"后，能把數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的粒子加速至將近每秒鐘30萬(wàn)公里，相當(dāng)于光速的99.9999991%，能夠產(chǎn)生14TeV對(duì)撞能量。對(duì)撞機(jī)周長(zhǎng)有27公里，粒子流每秒可在周長(zhǎng)為26.659公里的隧道內(nèi)狂飆11245圈。（299780.455公里）第二十五頁(yè)，共31頁(yè)。本節(jié)小結(jié):

帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件？◆.條件：①.粒子只受洛倫茲力;②.粒子的v⊥BB——?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng).BV

q>0F洛Rq<0◆.特征方程：------洛倫茲力提供向心力.vBqf=洛Rvm2=R=mvqB半徑：周期:qBmvRTpp22==★.T與v、R無(wú)關(guān).第二十六頁(yè)，共31頁(yè)。☆．帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)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(guò)入射點(diǎn)和出射點(diǎn)分別作垂直與入射方向和出射方向的直線(xiàn)，兩條直線(xiàn)的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心。V0PMOV第二十七頁(yè)，共31頁(yè)。

變化1：在上題中若電子的電量e，質(zhì)量m，磁感應(yīng)強(qiáng)度B及寬度d已知，若要求電子不從右邊界穿出，則初速度V0有什么要求？Bev0dB

小結(jié)：臨界問(wèn)題的分析方法

1、理解軌跡的變化（從小到大）

2、找臨界狀態(tài)：（切線(xiàn)夾角平分線(xiàn)找圓心）第二十八頁(yè)，共31頁(yè)。變化2：若初速度向下與邊界成

α=600，則初速度有什么要求？第二十九頁(yè)，共31頁(yè)。變化3：若初速度向上與邊界成