运动电荷在磁场中的运动.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,*,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,复习：,1,、洛伦兹力产生的条件？,2,、洛伦兹力的大小和方向如何确定？,3,、洛伦兹力有什么特点？,射入匀强磁场中的带电粒子将做怎样的运动呢？,思考：,一、带电粒子在匀强磁场中的运动,带电粒子平行射入匀强磁场的运动状态，？（重力不计）,问题,1,：,问题,2,：,带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态？（重力不计）,匀速直线运动,1,、理论推导,（,1,）时，洛伦兹力的方向与速度方向的关系,（,2,）带电粒子仅在洛伦兹力的作用下，粒子的速率变化么？能量呢？,（,3,）洛伦兹力的如何变化？,（,4,）从上面的分析，你认为垂直于匀强磁场方向射入的带电粒子，在匀强磁场中的运动状态如何？,垂直,一、带电粒子在匀强磁场中的运动,1,、理论推导,沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动,问题,3,：,推导粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆半径,r,和运动周期,T,，与粒子的速度,v,和磁场的磁感应强度,B,的关系表达式,带电粒子将在垂直于磁场,的平面内做匀速圆周运动,。,1,）、圆周运动的半径,2,）、圆周运动的周期,亥姆霍兹线圈,电 子 枪,磁场强弱选择挡,加速电压选择挡,2,、实验验证,（,1,）洛伦兹力演示仪,励磁线圈（亥姆霍兹线圈）：作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈中心的连线的匀强磁场,加速电场：作用是改变电子束出射的速度,电子枪：射出电子,（,2,）实验演示,a,、不加磁场时观察电子束的径迹,b,、给励磁线圈通电，观察电子束的径迹,c,、保持初射电子的速度不变，改变磁感应强度，观察电子束径迹的变化,d,、保持磁感应强度不变，改变出射电子的速度，观察电子束径迹的变化,（,3,）实验结论,沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动。,磁场强度不变，粒子射入的速度增加，轨道半径也增大。,粒子射入速度不变，磁场强度增大，轨道半径减小。,通过格雷塞尔气泡室显示的带电粒子在匀强磁场中的运动径迹,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，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（如图）,（,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。,（一）、,质谱仪,测量带电,粒子的质量,或比荷,分析同位素,二、实际应用,1,直线加速器,（二）、,回旋加速器,1,、作用：产生高速运动的粒子,2,、,原理,1,）、两,D,形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙有交变电场。,2,）、交变电场的周期等于粒子做匀速圆周运动的周期。,3,）、粒子最后出加速器的速度大小由盒的半径决定。,已知回旋加速器中,D,形盒内匀强磁场的磁感应强度大小为,B,，,D,形盒的半径为,r,.,今将质量为,m,、电量为,q,的质子从间隙中心处由静止释放，求粒子在加速器内加速后所能达到的最速度表达式,.,3,、注意,1,、带电粒子在匀强磁场中的运动周期 跟运动速率和轨道半径无关，对于一定的带电粒子和一定的磁感应强度来说，这个周期是恒定的。,2,、交变电场的往复变化周期和粒子的运动周期,T,相同，这样就可以保证粒子在每次经过交变电场时都被加速。,如果尽量增强回旋加速器的磁场或加大,D,形盒半径，我们是不是就可以使带电粒子获得任意高的能量吗？,3,、由于侠义相对论的限制，回旋加速器只能把粒子加速到一定的能量。,回旋加速器中磁场的磁感应强度为,B,，,D,形盒的半径为,R,，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,）粒子的最大动能是多大？,（,4,）粒子在同一个,D,形盒中相邻两条轨道半径之比,(5),设,D,形盒的电压为,U,盒间距离为,d,求加速到最大动能所需时间,1931,年，加利福尼亚大学的劳 伦斯提出了一个卓越的思想，通 过磁场的作用迫使带电粒子沿着 磁极之间做螺旋线运动,把长长 的电极像卷尺那样卷起来，发明 了回旋加速器，第一台直径为,27cm,的回旋,回速器投入运行，它能将质子,加速到,1Mev,。,1939,年劳伦斯获诺贝尔,物理奖。,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=?,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,3,、如图所示，在直线,MN,的右侧有磁感应强度为,B,的匀强磁场，方向垂直向里。电子,(,电量,e,、,质量,m),以速度,v,从,MN,上的孔,A,，垂直,于,MN,方向射入匀强磁场，途,经,P,点，并最终打在,MN,上的,C,点、已知,AP,连线与速度方向,的夹角为,，,不计重力。求,（,1,）,A,、,C,之间的距离,（,2,）从,A,运动到,P,点所用的时间。,A,N,M,P,v,4,、如图所示，一带正电粒子质量为,m,，,带电量为,q,，,从隔板,ab,上一个小孔,P,处与隔板成,45,角垂直于磁感线射入磁感应强度为,B,的匀强磁场区，粒子初速度大小为,v,，,则,(1),粒子经过多长时间再次到达隔板？,(2),到达点与,P,点相距多远？,（不计粒子的重力）,a,b,P,v,5,、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，磁场强度为,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场以速度,v,平行,极板射入磁场，欲使粒,子不打在极板上，则粒,子入射速度,v,应满足什,么条件？,+q,m,v,L,L,B,