高中物理新课标版人教版选修3-1精品课件：3.6《带电粒子在匀强磁场中的运动》(PPT课件可编辑).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,新课标人教版课件系列,高中物理,选修,3-1,3.6,带电粒子在匀强磁场中的运动,教学目标,（一）知识与技能,1,、知道什么是洛伦兹力,.,利用左手定则判断洛伦兹力的方向,.,2,、知道洛伦兹力大小的推理过程,.,3,、掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算,.,4,、了解,v,和,B,垂直时的洛伦兹力大小及方向判断,.,理解洛伦兹力对电荷不做功,.,5,、了解电视显像管的工作原理,（二）过程与方法,通过观察，形成洛伦兹力的概念，同时明确洛伦兹力与安培力的关系,(,微观与宏观,),，洛伦兹力的方向也可以用左手定则判断。通过思考与讨论，推导出洛伦兹力的大小公式,F=,qvBsin,。最后了解洛伦兹力的一个应用,电视显像管中的磁偏转。,（三）情感态度与价值观,引导学生进一步学会观察、分析、推理，培养学生的科学思维和研究方法。让学生认真体会科学研究最基本的思维方法,:“,推理,假设,实验验证”。,二、重点与难点：,重点：,1.,利用左手定则会判断洛伦兹力的方向,.,2.,掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算,.,这一节承上,(,安培力,),启下,(,带电粒子在磁场中的运动,),，是本章的重点,难点：,1.,洛伦兹力对带电粒子不做功,.,2.,洛伦兹力方向的判断,.,三、教具,：电子射线管、高压电源、磁铁、多媒体,带电粒子在匀强磁场中的运动(1),第课时,3,、,某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定,磁场中的带电粒子一般可分为两类：,1,、带电的,基本粒子,：如电子，质子，,粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和洛仑磁力相比在小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）。,2,、,带电微粒,：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。,判断下图中带电粒子（电量,q,，,重力不计）所受洛伦兹力的大小和方向：,一、运动形式,1,、匀速直线运动。,2,、,如果带电粒子射入匀强磁场时,初速度方向与磁场方向垂直,粒子仅在洛伦兹力的作用下将作什么运动,?,1,、圆周运动的半径,2,、圆周运动的周期,思考：周期与速度、半径什么关系？,粒子运动方向与磁场有一夹角 （大于,0,度小于,90,度）,轨迹为螺线,带电粒子在磁场中运动情况研究,1,、找圆心：方法,2,、定半径：,3,、确定运动时间：,注意：,用弧度表示,几何法求半径,向心力公式求半径,利用,vR,利用弦的中垂线,例：垂直纸面向外的匀强磁场仅限于宽度为,d,的条形区域内，磁感应强度为,B,一个质量为,m,、,电量为,q,的粒子以一定的速度垂直于磁场边界方向从,点垂直飞入磁场,区，如图所示，当它飞,离磁场区时，运动方向,偏转,角试求粒子的,运动速度,v,以及在磁场中,运动的时间,t,例题 一个质量为,m,、,电荷量为,q,的粒子，从容器下方的小孔,S,1,飘入电势差为,U,的加速电场，其初速度几乎为零，然后经过,S,3,沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为,B,的匀强磁场中，最后打到照相底片,D,上。,（,1,）求粒子进入磁场时的速率。,（,2,）求粒子在磁场中运动的轨道半径。,质谱仪,通过测出粒子圆周运动的半径，计算粒子的比荷或质量及分析同位素的仪器,.,练习,2,氘核和,粒子，从静止开始经相同电场加速后，垂直进入同一匀强磁场作圆周运动,.,则这两个粒子的动能之比为多少？轨道半径之,比,为多少？周期之比为多少？,练习,1,如图，一束具有各种速率的带正一个元电荷的两种铜离子质量分别为,m,1,和,m,2,水平地经小孔,S,进入有互相垂直的匀强电场和匀强磁场的区域，其中磁场、电场方向如图，只有那些路径不发生偏转的离子才能通过另一小孔进入匀强磁场中，此后两种离子将沿不同路径做圆周运动,到达底片,P,时两离子间距为,d,，,求此,d,值。,已知：,E=1.00 10,5,V/m,B=0.40T,B=0.50T,m,1,=63 1.66 10,-27,kg,m,2,=65 1.66 10,-27,kg,2,、如图所示，在半径为,R,的圆的范围内，有匀强磁场，方向垂直圆所在平面向里一带负电的质量为,m,电量为,q,粒子，从,A,点沿半径,AO,的方向射入，并从,C,点射出磁场,AOC,120,o,则此粒子在磁场中运行的时间,t,_,(,不计重力,),A,B,R,v,v,O,120,C,d,B,e,v,1,、如图所示，一束电子（电量为,e),以速度,V,垂直射入磁感应强度为,B,、宽度为,d,的匀强磁场，穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹角为,30,0,。求,:(1),电子的质量,m=?(2),电子在磁场中的运动时间,t=?,练习教材,P102,页第,1,2,3,带电粒子在匀强磁场中的运动(2),第课时,1,、圆周运动的半径,2,、圆周运动的周期,思考：周期与速度、半径什么关系？,复习回顾,带电粒子在磁场中运动情况研究,1,、找圆心：方法,2,、定半径：,3,、确定运动时间：,注意：,用弧度表示,几何法求半径,向心力公式求半径,利用,vR,利用弦的中垂线,例,:,如图所示，在第一象限有磁感应强度为,B,的匀强磁场，一个质量为,m,，带电量为,+q,的粒子以速度,v,从,O,点射入磁场，,角已知，求粒子在磁场中飞行的时间和飞离磁场的位置（粒子重力不计）,直线加速器,粒子在每个加速电场中的运动时间相等，因为交变电压的变化周期相同,回旋加速器,2,回旋加速器,回旋加速器,两,D,形盒中有,匀强磁场,无电场，盒间缝隙有,交变电场,。,电场使粒子加速，磁场使粒子回旋。,粒子回旋的周期不随半径改变。,让电场方向变化的周期与粒子回旋的周期一致,，从而保证粒子始终被加速。,练习：回旋加速器中磁场的磁感应强度为,B,，,D,形盒的直径为,d,，用该回旋加速器加速质量为,m,、电量为,q,的粒子，设粒子加速前的初速度为零。求：,（,1,）粒子的回转周期是多大？,（,2,）高频电极的周期为多大？,（,3,）粒子的最大速度最大动能各是多大？,（,4,）粒子在同一个,D,形盒中相邻两条轨道半径之比,在磁场中做圆周运动,周期不变,每一个周期加速两次,电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相同,电场一个周期中方向变化两次,粒子加速的最大速度由盒的半径决定,电场加速过程中,时间极短,可忽略,结论,.,关于回旋加速器的工作原理，下列说法正确的是：,A,、,电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋,B,、,电场和磁场同时用来加速带电粒子,C,、,同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由加速电压决定,D,、,同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由磁感应强度,B,决定和加速电压决定,(A),I,B,d,h,霍尔效应,I=,neSv,=,nedhv,eU/h,=,evB,U=IB/,ned,=,kIB/d,k,是霍尔系数,练习（,2000,理科综合）如图所示厚度为,h,，,宽度为,d,的导体板放在垂直于它的磁感应强度为,B,的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面,A,和下侧面,A,之间会产生电势差这种现象称为霍尔效应实验表明，当磁场不太强时，电势差,U,、,电流,I,和,B,的关系为,U=,kIB/d,式中的比例系数,K,称为霍尔系数 霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛仑兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场横向电场对电子施加与洛仑兹力方向相反的静电力当静电力与洛仑兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差。设电流,I,是电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为,v,，,电量为,e,回答下列问题：,（,1,）达到稳定状态时，导体板上侧面,A,的电势,下侧面,A,的电势（填：高于、低于或等于）。,(2),电子所受的洛仑兹力的大小为,。,(3),当导体板上下两侧之间的电势差为,U,时，电子所受静电力的大小为,。,(4),由静电力和洛仑兹力平衡的条件，证明霍尔系数为,k=1/ne,其中,n,代表导体板单位体积中电子的个数,导学,P98,页第,21,题,带电粒子在匀强磁场中的运动(3),第课时,带电粒子在,无界,匀强磁场中的运动,F,洛,=0,匀速直线运动,F,洛,=,Bqv,匀速圆周运动,F,洛,=,Bqv,等距螺旋（,0,90,）,V,/,B,V,B,v,与,B,成,角,在只有洛仑兹力的作用下,带电粒子在磁场中运动情况研究,1,、找圆心：方法,2,、定半径：,3,、确定运动时间：,注意：,用弧度表示,几何法求半径,向心力公式求半径,利用,vR,利用弦的中垂线,确定带电粒子在磁场中运动轨迹的方法,1,、,物理方法：,作出带电粒子在磁场中两个位置所受洛仑兹力，沿其方向延长线的交点确定圆心，从而确定其运动轨迹。,2,、,物理和几何方法：,作出带电粒子在磁场中某个位置所受洛仑兹力，沿其方向的延长线与圆周上两点连线的中垂线的交点确定圆心，从而确定其运动轨迹。,3,、,几何方法：,圆周上任意两点连线的中垂线过圆心,圆周上两条切线夹角的平分线过圆心,过切点作切线的垂线过圆心,1.,如图，虚线上方存在无穷大的磁场，一带正电的粒子质量,m,、电量,q,、若它以速度,v,沿与虚线成,30,0,、,60,0,、,90,0,、,120,0,、,150,0,、,180,0,角分别射入，请你作出上述几种情况下粒子的轨迹、并求其在磁场中运动的时间。,有界磁场问题：,入射角,30,0,时,入射角,150,0,时,粒子在磁场中做圆周运动的对称规律：,从同一直线边界射入的粒子，从同一边界射出时，速度与边界的夹角相等。,1,、两个对称规律：,临界问题,例：长为,L,的水平极板间，有垂直纸面向内的匀强磁,场，如图所示，磁感强度为,B,，,板间距离也为,L,，,板,不带电，现有质量为,m,，,电量为,q,的带正电粒子,（不计重力），从左边极板间中点处垂直磁感线以速,度,v,水平射入磁场，欲使粒子不打在极板上，可采用,的办法是：（）,A,使粒子的速度,v,5,BqL,/4,m,C,使粒子的速度,v,BqL,/,m,D,使粒子速度,BqL,/4,m,v,5BqL,/4,m,例题讲解,练习、如图所示，在半径为,r,的圆形区域内，有一个匀强磁场，一带电粒子以速度,v,0,从,M,点沿半径方向射入磁场区，并由,N,点射出，,O,点为圆心，,MON=120,，求粒子在磁场区的偏转半径,R,及在磁场区中的运动时间。（粒子重力不计）,