36带电粒子在匀强磁场中的运动1.ppt

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1、1 1、你对洛伦兹力有哪些了解？、你对洛伦兹力有哪些了解？大小：大小：fqvBsin（是是V与与B间的夹角）间的夹角）方向：方向：用左手定则判断用左手定则判断对运动电荷永不做功：对运动电荷永不做功：因为因为 f 始终垂直于始终垂直于 v2 2、物体在什么情况下做匀速圆周运动？、物体在什么情况下做匀速圆周运动？v r 2T Fm mr2mrv2r42 T23 3、你还记得下列公式吗？、你还记得下列公式吗？合力充当向心力，合外力方向始终垂直于速度方合力充当向心力，合外力方向始终垂直于速度方向，大小恒定向，大小恒定磁场中的带电体一般可分为两类磁场中的带电体一般可分为两类：1、带电粒子：、带电粒子：如

2、电子如电子,质子质子,粒子粒子,正负离子等正负离子等.这些粒子所这些粒子所受重力比洛仑磁力小得多受重力比洛仑磁力小得多,除有说明或暗示外，除有说明或暗示外，一般都一般都不考虑重力不考虑重力(但并不能忽略质量但并不能忽略质量).2、带电微粒：、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等如带电小球、液滴、尘埃等.除有说明或暗除有说明或暗示外示外,一般都一般都考虑重力。考虑重力。带电体带电体是否考虑重力是否考虑重力,要要根据题目暗示或运动状态来判定。根据题目暗示或运动状态来判定。问题问题1:带电粒子平行射入匀强磁场的运动状态?问题问题2:带电粒子带电粒子垂直射入垂直射入匀强磁场的运动状态匀强磁场的运动状态?

3、匀速直线运动匀速直线运动匀速圆周运动匀速圆周运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动1 1、运动的轨迹、运动的轨迹v/B时v B时一、带电粒子在磁场中的运动一、带电粒子在磁场中的运动 一个带电粒子分别以平行（一个带电粒子分别以平行（相同或相反相同或相反）和垂直于磁场）和垂直于磁场方向的初速度进入匀强磁场，它在磁场中各做什么运动？方向的初速度进入匀强磁场，它在磁场中各做什么运动？“平行平行”进入：做匀速直线运动进入：做匀速直线运动“垂直垂直”进入：做匀速圆周运动进入：做匀速圆周运动 带电粒子在磁场中运动时，它所受的洛伦兹带电粒子在磁场中运动时，它所受的洛伦兹力总与速度方向

4、垂直，洛伦兹力在速度方向没有力总与速度方向垂直，洛伦兹力在速度方向没有分量，所以洛伦兹力不改变带电粒子速度的大小，分量，所以洛伦兹力不改变带电粒子速度的大小，或者说洛伦兹力不对带电粒子做功，不改变粒子或者说洛伦兹力不对带电粒子做功，不改变粒子的能量。的能量。由于粒子速度的大小不变，所以粒子在匀强由于粒子速度的大小不变，所以粒子在匀强磁场中所受洛伦兹力的大小也不改变，加之洛伦磁场中所受洛伦兹力的大小也不改变，加之洛伦兹力总与速度方向垂直，正好起到了向心力的作兹力总与速度方向垂直，正好起到了向心力的作用。所以沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电用。所以沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁

5、场中做匀速圆周运动。粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动。分析：分析：Fv+Fv+Fv+一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动工作原理工作原理:由电子枪发出的电子射线可以使管内的低压水银由电子枪发出的电子射线可以使管内的低压水银蒸汽发出辉光蒸汽发出辉光,显示出电子的径显示出电子的径迹迹 励磁线圈：励磁线圈：作用是能在两线圈之间产生平行作用是能在两线圈之间产生平行 于两线圈中心连线的匀强磁场于两线圈中心连线的匀强磁场 加速电场：加速电场：作用是改变电子束出射的速度作用是改变电子束出射的速度 电子枪：电子枪：射出电子射出电子构造构造:1)洛伦兹力演示仪洛伦兹力演示仪2、实验验证、

6、实验验证励磁线圈励磁线圈电子枪电子枪加速电压加速电压选择挡选择挡一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动2、实验验证、实验验证磁场强弱磁场强弱 选择挡选择挡不加磁场时观察电子束的径迹不加磁场时观察电子束的径迹给励磁线圈通电给励磁线圈通电,观察电子束的径迹观察电子束的径迹保持出射电子的速度不变保持出射电子的速度不变,改变磁感应改变磁感应强度强度,观察电子束径迹的变化观察电子束径迹的变化保持磁感应强度不变保持磁感应强度不变,改变出射电子的改变出射电子的速度速度,观察电子束径迹的变化观察电子束径迹的变化2)实验演示实验演示一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运

7、动2、实验验证、实验验证沿着与磁场沿着与磁场垂直垂直的方向射入磁场的带电的方向射入磁场的带电粒子，在粒子，在匀强磁场匀强磁场中做中做匀速圆周运动匀速圆周运动洛伦兹力提供洛伦兹力提供带电粒子做匀速圆周运带电粒子做匀速圆周运动动 所需的所需的向心力向心力一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动2、实验验证、实验验证3)实验结论实验结论问题问题3:推导质量为推导质量为m,电量为电量为q,速度为速度为v的粒子在匀强磁场的粒子在匀强磁场B中做匀速圆周运动中做匀速圆周运动的圆半径的圆半径r和周期和周期T的表达式的表达式?一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动3、运

8、动规律运动规律1)圆半径圆半径r2)周期周期T一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动3、运动规律运动规律2vqvB mr=2 rTvp=半径半径r 跟速率跟速率v成正比成正比周期周期T跟圆半径跟圆半径r和速率和速率v均无关均无关.1 1、圆心的确定、圆心的确定（1）已知两个速度）已知两个速度方向方向：可找到两条：可找到两条半径，其交点是圆心。半径，其交点是圆心。（2）已知）已知入射方向入射方向和和出射点出射点的位置：的位置：通过入射点作入射方向的垂线，连接入通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作中垂线，交点是圆心。射点和出射点，作中垂线，交点是圆心。2 2、运

9、动时间的确定：、运动时间的确定：2关键：定圆心、画轨迹、定关键：定圆心、画轨迹、定半径、半径、求时间求时间一、一、带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动1、找圆心：、找圆心：2、定半径：、定半径：3、定时间：、定时间：注意：注意：用弧度表示用弧度表示利用利用Fv利用弦的中垂线利用弦的中垂线一、一、带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动几何法求半径几何法求半径向心力公式求半径向心力公式求半径vabI如图如图,水平导线中有电流水平导线中有电流I通过通过,导导线正下方的电子初速度方向与电流线正下方的电子初速度方向与电流I方向相同方向相同,则电子将则电子将()A.沿路径沿路

10、径a运动运动,轨迹是圆轨迹是圆B.沿路径沿路径a运动运动,轨迹半径越来越大轨迹半径越来越大C.沿路径沿路径a运动运动,轨迹半径越来越小轨迹半径越来越小D.沿路径沿路径b运动运动,轨迹半径越来越小轨迹半径越来越小B巩固练习巩固练习1 1BOVVd巩固练习巩固练习3 3 如图所示如图所示,一束电子一束电子(电量为电量为e)以速度以速度V垂直射入磁感应强度为垂直射入磁感应强度为B，宽为，宽为d的匀强磁场中，穿出磁场的匀强磁场中，穿出磁场时的速度方向与电子原来入射方向时的速度方向与电子原来入射方向的夹角为的夹角为30o，求：，求：（1）电子的质量）电子的质量 （2）穿过磁场的时间）穿过磁场的时间 如图

11、，正方形容器处在匀强磁场中，一束电子如图，正方形容器处在匀强磁场中，一束电子从孔从孔a垂直于磁场沿垂直于磁场沿ab方向射入容器中，其中一部分方向射入容器中，其中一部分从从c孔射出，一部分从孔射出，一部分从d孔射出，容器处在真空中，孔射出，容器处在真空中，下列说法正确的是下列说法正确的是()v vo oabcdA、从两孔射出的电子速率之比是、从两孔射出的电子速率之比是Vc:Vd=2:1B、从两孔射出的电子在容器中、从两孔射出的电子在容器中 运动所用的时间之比是运动所用的时间之比是tc:td=1:2C、从两孔射出的电子在容器中、从两孔射出的电子在容器中 运动的加速度之比是运动的加速度之比是ac:a

12、d=2:1D、从两孔射出的电子在容器中、从两孔射出的电子在容器中 运动的加速度之比是运动的加速度之比是ac:ad=2:1ABD巩固练习巩固练习2 2图中图中MN表示真空中垂直于纸面的平板表示真空中垂直于纸面的平板,它的一它的一侧有匀强磁场侧有匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里磁场方向垂直于纸面向里,磁感应强磁感应强度大小为度大小为B.一带电粒子从平板上的狭缝一带电粒子从平板上的狭缝O处以垂直处以垂直于平板上的初速度于平板上的初速度v射入磁场区域射入磁场区域,最后到达平板上最后到达平板上的的P点点,已知已知B、v以及以及P到到O的距离的距离L,不计重力不计重力,求求此此粒子的电荷量粒子的电荷量q与质量与质量m之比之比q/m.0PBMNL2v/BL巩固练习巩固练习3 3二、质谱仪二、质谱仪视频视频结构与原理结构与原理加速电场：加速电场：使带电粒子加速使带电粒子加速速度选择器：速度选择器：选择粒子选择粒子选出的粒子选出的粒子 vEB1偏转磁场区：偏转磁场区：使带电粒子轨迹发生偏转，并被拍照使带电粒子轨迹发生偏转，并被拍照因偏转半径因偏转半径 rmv/qB2故荷质比为故荷质比为 q/mE/B1B2r发明者：发明者：阿斯顿阿斯顿研究同位素（测荷质比或质量）的研究同位素（测荷质比或质量）的装置装置m呢？呢？