五带电粒子在磁场中的运动质谱仪.ppt
复习知识复习知识:1.带电粒子在磁场中受洛伦兹力的计算公式？带电粒子在磁场中受洛伦兹力的计算公式？带电粒子运动方向垂直于磁场方向，带电粒子运动方向垂直于磁场方向， ，带电粒子运动方，带电粒子运动方向平行于磁场方向，向平行于磁场方向， 。2.带电粒子进入磁场时所受的洛伦兹力的方向？带电粒子进入磁场时所受的洛伦兹力的方向？qvBf 0f问题问题带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时会做什么运动呢？带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时会做什么运动呢？今天我们带着这个问题来学习第五节的内容。今天我们带着这个问题来学习第五节的内容。新课新课问题讨论：问题讨论：1、带电粒子的轨迹在哪个方位？、带电粒子的轨迹在哪个方位？ 2、速度如何变化？、速度如何变化？ 3、受力如何变化？、受力如何变化？ 4、轨迹是什么形状、轨迹是什么形状? v轨迹平面轨迹平面与磁场垂与磁场垂直直因为带电粒子的初速度和所受洛伦兹力的方向因为带电粒子的初速度和所受洛伦兹力的方向都在跟磁场方向垂直的平面内，没有任何作用都在跟磁场方向垂直的平面内，没有任何作用使粒子离开这个平面使粒子离开这个平面速度大小速度大小不变不变因为洛伦兹力总是跟粒子的运动方向垂直因为洛伦兹力总是跟粒子的运动方向垂直,所以所以洛伦兹力不对粒子做功，粒子的速度大小不变洛伦兹力不对粒子做功，粒子的速度大小不变速度方向速度方向时刻改变时刻改变因为洛伦兹力总是跟粒子的运动方向垂直，所因为洛伦兹力总是跟粒子的运动方向垂直，所以速度方向改变以速度方向改变受力大小受力大小不变不变因为速度大小不变因为速度大小不变,所以洛伦兹力大小也不变所以洛伦兹力大小也不变受力方向受力方向时刻改变时刻改变因为速度方向改变，所以洛伦兹力方向也改变因为速度方向改变，所以洛伦兹力方向也改变轨迹形状轨迹形状圆圆因为带电粒子受到一个大小不变，方向总与粒因为带电粒子受到一个大小不变，方向总与粒子运动方向垂直的力，因此带电粒子做匀速圆子运动方向垂直的力，因此带电粒子做匀速圆周运动，其向心力就是洛伦兹力周运动，其向心力就是洛伦兹力演示实验：演示实验：带电粒子在磁场中的运动轨迹带电粒子在磁场中的运动轨迹演示仪器：演示仪器：洛伦兹力演示仪洛伦兹力演示仪工作原理：工作原理：由电子枪发出的电子射线可以使管由电子枪发出的电子射线可以使管的低压水银蒸汽发出辉光，显示出电子的径迹。的低压水银蒸汽发出辉光，显示出电子的径迹。两个平行的通电环形两个平行的通电环形线圈可产生沿轴线方线圈可产生沿轴线方向的匀强磁场向的匀强磁场结论：结论：带电粒子带电粒子垂直垂直进入磁场中，粒子在进入磁场中，粒子在垂直垂直磁场方磁场方向的平面内做向的平面内做匀速圆周运动匀速圆周运动，此洛伦兹力不做，此洛伦兹力不做功。功。问题：问题：一带电量为一带电量为q，质量为，质量为m，速度为，速度为v的带电粒子垂的带电粒子垂直进入磁感应强度为直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其半径的匀强磁场中，其半径r和周期和周期T为多大？为多大？实验现象：在暗室中可以清楚地看到，在没有磁场作用实验现象：在暗室中可以清楚地看到，在没有磁场作用时，电子的径迹是直线；在管外加上匀强磁场，电子的时，电子的径迹是直线；在管外加上匀强磁场，电子的径迹变弯曲成圆形。径迹变弯曲成圆形。推导推导:粒子做匀速圆周运动所需的向心力粒子做匀速圆周运动所需的向心力 是由是由粒子所受的洛伦兹力提供的粒子所受的洛伦兹力提供的,所以所以rvmF2qBmvr qBmT2rvmqvB2vrT2说明说明:1、轨道半径和粒子的运动速率成正比。、轨道半径和粒子的运动速率成正比。2、带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期和运动速率无关。、带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期和运动速率无关。1v2v3v例题例题2 2：如图所示，一束带正电的相同的粒子垂直：如图所示，一束带正电的相同的粒子垂直磁场边界自磁场边界自O O点射入匀强磁场中后分成了点射入匀强磁场中后分成了3 3束，其运束，其运动轨迹如图，粒子运动方向与磁场方向垂直，不计动轨迹如图，粒子运动方向与磁场方向垂直，不计粒子的重力作用，已知粒子的重力作用，已知OA=OC/2=OD/3OA=OC/2=OD/3，则这三束粒，则这三束粒子的速率之比子的速率之比 = =H11H21H31例题例题3 3：如图所示是：如图所示是 以相同的以相同的速度速度v垂直射入匀强磁场的部分运动轨迹，则垂直射入匀强磁场的部分运动轨迹，则1、2、3分别表示的是的运动轨迹，它分别表示的是的运动轨迹，它们的运动半径之比是。们的运动半径之比是。例例4:一质量为一质量为m，电荷量为，电荷量为q的粒子，从容器的粒子，从容器A下下方的小孔方的小孔S1飘入电势差为飘入电势差为U的加速电场。的加速电场。然后让然后让粒子垂直进入磁感应强度为粒子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速的匀强磁场中做匀速圆周运动，最后打到照相底片圆周运动，最后打到照相底片D上（如图所示）。上（如图所示）。求求 ：（：（1）粒子进入）粒子进入 磁场时的速率；磁场时的速率； （2）粒子在磁场中运动的轨道半径。）粒子在磁场中运动的轨道半径。质谱仪介绍：质谱仪介绍：质谱仪是由汤姆生的学生阿斯顿设计的。他用质质谱仪是由汤姆生的学生阿斯顿设计的。他用质谱仪首先得到了氖谱仪首先得到了氖-20和氖和氖-22的质谱线，证实了的质谱线，证实了同位素的存在。同位素的存在。用途：用途：经过多次改进，质谱仪已经成了一种十分精密的经过多次改进，质谱仪已经成了一种十分精密的仪器，是测量带电粒子的质量和分析同位素的重仪器，是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。要工具。练习题：练习题：1、匀强磁场中，有两个电子分别以速率、匀强磁场中，有两个电子分别以速率v和和2v沿垂直于沿垂直于磁场方向运动，哪个电子先回到原来的出发点？磁场方向运动，哪个电子先回到原来的出发点？解因为电子在匀强磁场中的运动周期和电子的速率无解因为电子在匀强磁场中的运动周期和电子的速率无关，所以两个电子同时回到原来的出发点。关，所以两个电子同时回到原来的出发点。2、质子和一价钠离子分别垂直进入同一匀强磁场中做匀、质子和一价钠离子分别垂直进入同一匀强磁场中做匀速圆周运动，如果它们的圆运动半径恰好相等，这说明速圆周运动，如果它们的圆运动半径恰好相等，这说明它们在刚进入磁场时（它们在刚进入磁场时（ ）A、速率相等、速率相等 B、动量大小相等、动量大小相等 C、动能相等、动能相等 D、质量相等质量相等解解 B讨论：在匀强磁场中如果带电粒子的运动方向不和磁感讨论：在匀强磁场中如果带电粒子的运动方向不和磁感 应强度方向垂直，它的运动轨迹是什么样的曲线？应强度方向垂直，它的运动轨迹是什么样的曲线？小结：小结：本节课我们主要学习了：本节课我们主要学习了：1、洛伦兹力对带电粒子不做功。、洛伦兹力对带电粒子不做功。2、带电粒子的初速度方向和磁感应强度的方向垂直时，、带电粒子的初速度方向和磁感应强度的方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。3、会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，并会用它们解答有关问题。周期公式，并会用它们解答有关问题。4、知道质谱仪的工作原理。、知道质谱仪的工作原理。作业：作业：P182练习四练习四 （1）（）（2）（）（5）（）（6）
