【原创课件】物理：3.6《带电粒子在匀强磁场中运动》课件(新人教版选修3-1)
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(人教版)选修3-1物理：3.6《带电粒子在匀强磁场中的运动》ppt课件
2．带电粒子在不同边界磁场中的运动 (1)直线边界(进出磁场具有对称性，如图所示)
第三章
6
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(2)平行边界(存在临界条件，如图所示)
第三章
6
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(3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图所示)
第三章 6
)
A．带电粒子由加速器的中心附近进入
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答案：ACD
解析：根据回旋加速器的加速原理，被加速离子只能由加 速器的中心附近进入加速器，从边缘离开加速器，故 A 正确， B 错误； 在磁场中洛伦兹力不做功， 离子是从电场中获得能量， 故 C 正确；当离子离开回旋加速器时，半径最大，动能最大， 1 2 B2q2r2 Em＝ mv ＝ ，与加速的电压无关，故 D 正确。 2 2m
向均与磁场方向垂直，进入圆形磁场的电子初速度方向对准
圆心；进入正方形磁场的电子初速度方向垂直于边界，从中 点进入。则下面判断正确的是( )
第三章
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A．两电子在两磁场中运动时，其半径一定相同 B．两电子在磁场中运动的时间一定不相同
第三章
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课堂知识构建
第三章
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第三章
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人教版 高二物理 选修3-1 第三章 3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动(共21张PPT)[优质实用版课件]
![人教版 高二物理 选修3-1 第三章 3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动(共21张PPT)[优质实用版课件]](https://img.taocdn.com/s3/m/f9bfa9e825c52cc58ad6be46.png)
r = mv qB
T
=
2
v
r
T = 2m
qB
（二）基本要求：尺规作图
1、角度关系 几个有关的角及其关系：
粒子速度的偏向角φ
等于圆心角α，并等于AB
弦与切线的夹角θ（弦切 角）的２倍．即
O’ φ(偏向角）
φ=α=2θ
v
θ
θ
Ｂ
Ａ
α
θ‘ v
2、确定圆心方法：
（1）若已知两点速度方向, 做两点速度方向 的垂线，两垂线交点就是圆弧轨道的圆心。
m = qBd 2v
t = 30T=d
360 12v
B d
如图中圆形区域内存在垂直纸面
向外的匀强磁场，磁感应强度为B， a
o
现有一电量为q，质量为m的正离子从
a点沿圆形区域的直径射入，设正离
子射出磁场区域的方向与入射方向的
夹角为600，求此正离子在磁场区域内 r v O
飞行的时间.
Ө
t = m Bq
射出点相距
s = 2mv Be
M
B
v
O
时间差为 t = 4m 3Bq
N
关键是找圆心、找半径和用对称。
例与练
• （2、13 H有）三和种α粒粒子子，（分别24H是e 质）子束（，如11H果它）们、以氚相核、
同的速度沿垂直于磁场方向射入匀强磁场（磁 场方向垂直纸面向里），在下图中，哪个图正
C 确地表示出这三束粒子的运动轨迹？（ ）
（2）若已知一点速度方向和另一点位置时， 做速度垂线及弦的中垂线，交点就是圆弧轨 道的圆心。
O
V
O
M
P
V0
P
M V
人教版高中物理选修3-1第3章3.6带电粒子在匀强磁场中的运动课件(共24张PPT)
在粒子物理学的研究中，可以 让粒子通过“云室”“气泡室”等 装置，显示它们的径迹。如果在云 室、气泡室中施加匀强磁场，可以 看到带电粒子运动的圆形径迹。粒 子的质量、速度带电多少不一样， 径迹的半径也不一样。
图3.6-3带电粒子在气泡室运动径 迹的照片。有的粒子运动过程中 能量降低，速度减小，径迹就呈 螺旋形
4.55 10 2 m
T 2πm qB
2 9.110 31
1.6 10 19 2 10 4
5.6875
10 7 s
课堂小结
一、带电粒子在匀强磁场中的运动
1、所以洛伦兹力不改变带电粒子速度的大小，
2、洛伦兹力不对带电粒子做功。 垂直无功
3、洛伦兹力对电荷只起向心力的作用，所以沿着磁场方
1 mv2 qU 2
磁场的题目首先列：
v2 qvB m
r
1、不加磁场时观察电子束的径迹。
直线
2、给励磁线圈通电，在玻璃泡 中产生沿两线圏中心连线方向、由 纸内指向读者的磁场，观察电子束 的径迹。
圆周运动
3、保持出射电子的速度不变，改变磁感应 强度，观察电子束径迹的变化。
径迹的半径减少
4、保持磁感应强度不变，改变出射电子的速 度，观察电子東径迹的变化。
r mv qB
T 2πr v
T 2πm qB
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。
回旋加速器加速的带电粒子，能量达到25～ 30MeV后，就很难再加速了。原因是按照狭义相对 论，粒子的质量随着速度的增加而增大，而质量的 变化会导致其回转周期的变化，从而破坏了与电场 变化周期的同步。
图3.6-6中，粒子每经过一次加速，它的轨道半径 就大一些，这样画对吗?
高中物理人教版课件选修3-1 3.6带电粒子在匀强磁场中的运动
供向心力，所以电子做匀速圆周运动。
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(3)保持电子束进入磁场的速度不变，改变磁感应强度的大小，
观察电子束的径迹有什么变化，说明了什么？ 提示：磁感应强度越大，半径越小，说明匀速圆周运动的半径
与磁感应强度的大小有关。
(4)保持磁感应强度的大小不变，改变电子束进入磁场的速度， 观察电子束的径迹有什么变化，说明了什么？ 提示：速度越大，半径越大，说明匀速圆周运动的半径与速度 的大小有关。
4.知道回旋加速器、质谱仪的基本构造、原理及用途。
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重点：1.理解带电粒子在匀强磁场中的运动半径、周期公式。 2.应用带电粒子在磁场中运动规律分析回旋加速器、 质谱仪等。 难点：带电粒子在匀强磁场中运动问题的综合分析。
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带电粒子在匀强磁场中的运动
1 2 3 4
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1.知道带电粒子沿着垂直于磁场的方向射入匀强磁场会做匀速 圆周运动。 2.理解洛伦兹力对运动电荷不做功。 3.能够用学过的知识分析、计算有关带电粒子在匀强磁场中受 力、运动问题。
(4)由①②两式可以求出粒子的半径r、质量m、比荷 中由 r
1 2mU 质量 变化而变化。 可知电荷量相同时，半径将随_____ B q
同位素 。 (5)质谱仪的应用：可以测定带电粒子的质量和分析_______
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物理：3.6《带电粒子在匀强磁场中的运动》课件1(新人教版选修3-1)
③粒子射入速度不变，磁感应强度增大， 轨道半径减小。
理论分析
因为：洛仑兹力总与速度方向垂直. 所以：洛仑兹力不改变速度大小， 洛仑兹力的大小也就不变.
结论：带电粒子在垂直于磁场的 平面内做匀速圆周运动。 由洛仑兹力提供向心力。
自主学习：
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和磁感应强度B的关系表达式.
B
M
P
L
O
N
作
业
P102(1)(2)
网赚/ 网络赚钱/ 网上赚钱/ 新手网赚论坛/shelp.asp 调查赚钱网站/diaochazhuanqian.html 挣钱的好方法/zhengqiandehaofangfa.html 全自动挂机赚钱软件/quanzidongguajizhuanqianruanjian.html 推广赚钱/tuiguangzhuanqian.asp 打游戏赚钱/dayouxizhuanqian.html 看广告赚钱/kanguanggaozhuanqian.html 出十篇纸来，去交给福晋。”“丫鬟，您要交哪十篇呢？”“你看着拿吧，反正够十篇就行了！其它的，你帮我收到小柜里，也别扔掉 了。”吟雪既不认字也不会写字，当然不知道哪些写得好哪些写得坏，反正丫鬟说让交十篇，于是她就从表面上随便捡了捡，凑够了十 篇，赶快送到了霞光苑。福晋从红莲的手中接过据说是年侧福晋交来的十篇《女诫》，心中暗喜，谢天谢地，等了十来天，终于等到了 天仙妹妹交上来的处罚成果！于是她长长地出了壹口气，随意看了看这些纸页。雅思琦是好奇年妹妹这字写得如何，于是任凭她左看看、 右看看，看了半天她也看不懂这些字写得到底如何，不过，怎么看着不像平常见到的那些汉字方方正正的？全都是乱糟糟的，不像是写 出来，反而像是画出来似的。反正看也看不明白，她就直接让红莲将这十篇《女诫》送到了朗吟阁。第壹卷 第117章 重罚今天王爷没 有府里用晚膳，回到府里的时候，已经快要到壹更天了。当他进入书房之后，立即就看到了摆在桌子上的这十篇《女诫》，茫然不知所 措。秦顺儿见状，赶快上前壹步：“启禀爷，这是福晋送来的，说是年侧福晋受处罚而写的十篇《女诫》，请爷过目。”他这才想起来， 上次给福晋布置了处罚年氏的事情，这些日子壹忙，他都快把这件事情忘记了，看来福晋用的是抄书的处治法子！疑惑之间，他随手拿 起来看了壹眼。不看还好，这壹看，他简直就是气不打壹处来！上次她写家信的时候用的是颜体，他就曾经无情地批驳过她：还没有学 会走就想学跑。现在再看到冰凝初学米芾的狂草，这回他已经实在是懒得再批发成语了，而是惜字如金地只给了四字：东施效颦！也该 着冰凝走背运，吟雪这个不识字的丫环因为不知道丫鬟哪篇写得好，以为凭丫鬟那么出众的才学，哪壹篇写得都壹样呢，于是就随便捡 了十篇。可是她随便那么壹捡的那些，居然就是丫鬟刚刚开始学习米芾的那前十几篇，虽然后面那三、四十篇也没有达到多高的水平， 但总比这初练的十几篇要强很多。对于年氏小小年纪，不知天高地厚的表现，他心中的憎恶情绪陡然升起，当即认为罚抄《女诫》实在 是太轻了！于是随手将这十篇《女诫》摔到秦顺儿的手里，同时吩咐他：“给福晋传话：就凭这几篇《女诫》，根本起不起惩戒作用！ 必须再加重处罚！”福晋得到爷的吩咐，也不知道天仙妹妹这书抄得哪个方面不合爷的意，又惹了爷哪里不痛快。可是还让她再加重处 罚的措施，简直是难为死她了！壹方面她觉得冰凝还是个小孩子，爷这么大人了，何苦跟个孩子置气呢！另壹方面，爷的话就是金科玉 律，必须不折不扣地遵照执行！被逼无奈的雅思琦足足憋了两天时间，才算勉强又凑出来了两条处罚措施：罚三个月的月银，禁足
高二新人教版物理选修3-1课件3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动
②交流电压：为了保证每次带电粒子经过狭缝时均 被加速，使之能量不断提高，要在狭缝处加一个周期与
2πm T＝ qB 相同的交流电压．(如右图
所示)
mv 答案：① qB
2πm ② ③电场加速，磁场偏转 qB
一、带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问 题 1．圆心的确定 (1) 已知入射 方向和 出射方向时，可通过入射 点和出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直 线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图 a 所 示，图中 P 为入射点，M 为出射点)．
如图带电粒子以速率 v 垂直进入匀强磁场，如 带正电，其轨迹为 a，如带负电，其轨迹为 b.
2．磁场方向不确定形成多解 有些题目只告诉了磁感应强度大小，而未具体指 出磁感应强度方向，此时必须要考虑磁感应强度方向不
确定而形成的多解．
如图带正电粒子以速率 v 垂直进入匀强磁场， 如 B 垂直纸面向里，其轨迹为 a，如 B 垂直纸面向外， 其轨迹为 b.
[正确答案]0.1T
[感悟心语]像这种不太复杂的带电粒子在匀强磁 场中的圆周运动问题，解题要点在于作出带电粒子实 际运动的轨迹．方法有两种： (1)因入场速度必与圆周相切， 过入场点作速度垂 线时，圆心一定在此垂线上．(本题还有出场速度条 件，圆心更可以确定)
(2)弄清粒子的绕向，一旦作出圆运动轨迹，相应
3．临界状态不惟一形成多解 带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时， 由 于粒子运动轨迹是圆弧状，因此，它可能穿过去了， 也可能转过 180° 从入射界面这边反向飞出，如图所 示，于是形成了多解．
4．运动的往复性形成多解 带电粒子在部分是电场， 部分是磁场的空间运动 时， 运动往往具有往复性， 从而形成多解． 如图所示．
点评：解答此类问题的关键是确定粒子做圆周运 动的圆心、半径和轨迹，找圆心的方法是根据粒子进 入磁场时的初始条件和射出磁场时的边界条件．确定 粒子半径要用到几何知识，根据边角关系确定．
3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动——有界磁场中的运动—人教版高中物理选修3-1课件(共19张PPT)
电粒子在匀强磁场中的圆周运动的特点
1.向心力由洛仑兹力提供:
qvB m v2 (洛伦兹力不做功) r
2.求半径:
r mv qB (v越大，r越大)
3.求周期: T 2 r 2 m
v
qB
(周期T与速率、半径均无关)
4.角度关系: 偏转角等于圆心角等于2倍的弦切角
2
5.求运动时间： t
A.运动时间相同
B.运动轨迹的半径相同 C.重新回到边界时的速度相同 M
D.重新回到边界时与O点的距离相等
B
． r r 300 N
-e
Or
r+e
O’
THANK YOU
感
谢
您
的
聆
听
小结：
解决此类问题的一般步骤 在解决这类问题时，如何确定 圆心、画出粒子的运动轨迹、半 径及圆心角，找出几何关系是解 题的关键.
例1.如图,直线MN上方有磁感应强度为B的 匀强磁场。正、负电子同时从同一点O,以 与MN成30O角的同样速度v射入磁场（电子质 量为m,电荷为e），则正负电子在磁场中（BCD）
过程与方法：
（1）通过实验，体会理论和实践相 结合的研究方法. （2）通过质谱仪和回旋加速器的学 习，提高综合运用力学知识和电学知 识的能力.
重点：带电粒子在匀强磁场中做匀速 圆周运动的半径和周期公式，并能用来 分析有关问题.
难点：（1）粒子在洛伦兹力作用下做匀速 圆周运动. （2）综合运用力学知识、电磁学知识解决 带电粒子在复合场中的问题.
2
T
O′ (偏向角)
A
v
B
θ O
v
【实验】:
介绍洛伦兹力演示仪的工作 原理：由电子枪发出的电子射 线可以使管内的低压水银蒸气 发出辉光，显示出电子的径 迹．后进行实验.
1.向心力由洛仑兹力提供:
qvB m v2 (洛伦兹力不做功) r
2.求半径:
r mv qB (v越大，r越大)
3.求周期: T 2 r 2 m
v
qB
(周期T与速率、半径均无关)
4.角度关系: 偏转角等于圆心角等于2倍的弦切角
2
5.求运动时间： t
A.运动时间相同
B.运动轨迹的半径相同 C.重新回到边界时的速度相同 M
D.重新回到边界时与O点的距离相等
B
． r r 300 N
-e
Or
r+e
O’
THANK YOU
感
谢
您
的
聆
听
小结：
解决此类问题的一般步骤 在解决这类问题时，如何确定 圆心、画出粒子的运动轨迹、半 径及圆心角，找出几何关系是解 题的关键.
例1.如图,直线MN上方有磁感应强度为B的 匀强磁场。正、负电子同时从同一点O,以 与MN成30O角的同样速度v射入磁场（电子质 量为m,电荷为e），则正负电子在磁场中（BCD）
过程与方法：
（1）通过实验，体会理论和实践相 结合的研究方法. （2）通过质谱仪和回旋加速器的学 习，提高综合运用力学知识和电学知 识的能力.
重点：带电粒子在匀强磁场中做匀速 圆周运动的半径和周期公式，并能用来 分析有关问题.
难点：（1）粒子在洛伦兹力作用下做匀速 圆周运动. （2）综合运用力学知识、电磁学知识解决 带电粒子在复合场中的问题.
2
T
O′ (偏向角)
A
v
B
θ O
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【实验】:
介绍洛伦兹力演示仪的工作 原理：由电子枪发出的电子射 线可以使管内的低压水银蒸气 发出辉光，显示出电子的径 迹．后进行实验.
物理：3.6《讲带电粒子在匀强磁场中的运动》PPT课件(新人教版 选修3-1)
齐心协力，共同合作 , 全面进步，争创新的辉煌
青岛第五十八中
高三
磁场大集备
例题 一个质量为m、电荷量为q的粒子，从容器下 方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎 为零，然后经过S3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。
齐心协力，共同合作 , 全面进步，争创新的辉煌
青岛第五十八中
高三
磁场大集备
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.
齐心协力，共同合作 , 全面进步，争创新的辉煌
青岛第五十八中
高三
磁场大集备
练习2 氘核和α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？
mV R qB
2 m T qB
v与B成θ角
F洛=Bqv⊥ 等距螺旋（0＜θ＜90°）
齐心协力，共同合作 , 全面进步，争创新的辉煌
青岛第五十八中
高三
磁场大集备
带电粒子在磁场中运动情况研究
• 1、找圆心：方法 • 2、定半径：
利用v⊥R 利用弦的中垂线
几何法求半径
向心力公式求半径 2 • 3、确定运动时间： 2m qB 注意：θ用弧度表示
利用v⊥R 利用弦的中垂线
几何法求半径
向心力公式求半径 2 • 3、确定运动时间： 2m qB 注意：θ用弧度表示
t T T
齐心协力，共同合作 , 全面进步，争创新的辉煌
青岛第五十八中
高三
磁场大集备
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α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θ角．试求粒子的 运动速度v以及在磁场中 运动的时间t．
带电粒子在匀强磁场中的运动 课件(人教版选修3-1)
解析： 粒子在电场中加速时，只有静电力做功，由动 1 2 Ek1 q1U q1 1 能定理得 qU＝ mv ，故 ＝ ＝ ＝ ，同时也能求得 v 2 Ek2 q2U q2 2 ＝ mv m 2qU m ，因为粒子在磁场中运动的轨迹半径 r＝ qB ＝ qB 2qU 1 m ＝B 2mU r1 q ，所以有r2＝ m1 q1 1 ＝ ，粒子做圆周运 2 m2 q2
• 6.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．运动轨迹 • (1) 匀速直线运动：带电粒子的速度方向与 磁场方向平行(相同或相反)，此时带电粒子 所受洛伦兹力为零，粒子将以速度v做匀速 直线运动． • (2) 匀速圆周运动：带电粒子垂直射入匀强 磁场，由于洛伦兹力始终和运动方向垂直， 匀速圆周 因此，带电粒子速度大小不变，但是速度 方向不断在变化，所以带电粒子做 运 动，洛伦兹力提供粒子做匀速圆周运动的 向心力．
2．轨迹半径和周期 v2 由 F 向＝F 洛得 qvB＝m R ， 所以有 R＝ 二、质谱仪和回旋加速器 1．质谱仪 (1)原理如图 ， T＝ .
(2)带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理： qU 1 2 ＝ mv 2 ①
(3)带电粒子进入质谱仪的偏转磁场， 洛伦兹力提供向心 力： mv2 qvB ＝ r ② (4)由①②两式可以求出粒子的
(2)平行边界(存在临界条件，如下图所示)
• 1．带电粒子在不同边界磁场中的运动各有 什么特点？ • 提示： (1)直线边界(进出磁场具有对称性， 如下图所示)
• (3)圆形边界(沿径向射入必沿 ) • 径向射出，如右图所示 2 ．在回旋加速器 D 形盒中，粒子轨道半径 是不是等距离分布的？ • 解析： 带电粒子在D形盒内运动时，轨道 不是等距分布的，越靠近D形盒的边缘，相 邻两轨道间的距离越小．
高中物理选修3-1：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动课件(共35张PPT)
3)在圆周与割线的两个交点上速度与割线的夹 。
2)可以通过入射点作入射方向的垂线,连接入射点和出射点,作其连线的中垂线, 交点就是圆弧的圆心 带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态
角相等
4)当粒子运动的圆弧所对的圆心角为α时,其运 动时间为 t T
2
课堂练习
如图所示，正方形容器处在匀强磁场中，一束
垂直于磁感线射入匀强磁场区,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)
若为负电荷则结果又如何？
v
a
P
b
Q
450
v
v
s
450 P
R
o
t T m
4 2qB S 2R 2mv
qB
Q
450
v
v
s
450 P
R
o
1、弦与圆 两个交点处 的速度与弦 的夹角相等
（1） 粒子的回转周期是多大？ 【例题3】圆形区域内存在垂直纸面的半径为R的匀强磁场，磁感强度为B，现有一电量为q、质量为m的正离子从a点沿圆形区域的直径
射入，设正离子射出磁场区域的方向与入射方向的夹角为600，求此离子在磁场区域内飞行的时间及射出的位置。 带电粒子在有界磁场中的运动
（2）高频电极的周期为 （3） 粒子的最大动能是多大？
一、带电粒子在匀强磁场中的运动 带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态
轨迹 平面
速度 大小
速度 方向 受力 大小 受力 方向
运动 轨迹
与磁场 垂直
不变
时刻 改变
不变
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,没有任何作用使 粒子离开这个平面
2)可以通过入射点作入射方向的垂线,连接入射点和出射点,作其连线的中垂线, 交点就是圆弧的圆心 带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态
角相等
4)当粒子运动的圆弧所对的圆心角为α时,其运 动时间为 t T
2
课堂练习
如图所示，正方形容器处在匀强磁场中，一束
垂直于磁感线射入匀强磁场区,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)
若为负电荷则结果又如何？
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1、弦与圆 两个交点处 的速度与弦 的夹角相等
（1） 粒子的回转周期是多大？ 【例题3】圆形区域内存在垂直纸面的半径为R的匀强磁场，磁感强度为B，现有一电量为q、质量为m的正离子从a点沿圆形区域的直径
射入，设正离子射出磁场区域的方向与入射方向的夹角为600，求此离子在磁场区域内飞行的时间及射出的位置。 带电粒子在有界磁场中的运动
（2）高频电极的周期为 （3） 粒子的最大动能是多大？
一、带电粒子在匀强磁场中的运动 带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态
轨迹 平面
速度 大小
速度 方向 受力 大小 受力 方向
运动 轨迹
与磁场 垂直
不变
时刻 改变
不变
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,没有任何作用使 粒子离开这个平面
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多级加速器
大加 学利 的佛 粒尼 子亚 加斯 速坦 器福
问题2：有没有什么办法可以让带电粒子在 加速后又转回来被第二次加速，如此反复 “转圈圈”式地被加速，加速器装置所占的 空间不是会大大缩小吗？
设计方案：回旋加速器
回旋加速器的原理
粒子获得最大速度
R mv
m
qB
vm
qBR m
粒子获得最大动能
思考与讨论
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动 的圆半径，与粒子的速度、磁场的磁感应 强度有什么关系？
• 什么力提供带电粒子做匀 速圆周运动的向心力？ • 向心力的计算公式是什么？
例与练
• 1.水平导线中有电流I通过，导线正下方 的电子初速度的方向与电流I的方向相同，则 I 电子将（ B ） b
A.沿路径a运动,轨迹是圆 B.沿路径a运动,轨迹半径越来越大 C.沿路径a运动,轨迹半径越来越小 D.沿路径b运动,轨迹半径越来越小
质谱仪
速度选择器
1 . S 1 S 2 ( 加速电场
)
照相底片
................. .. . . . . . . . . . . . . . . ............. .........
质谱仪的示意图
... p1 ... p2 - ... + ... s
3
s1 s2
2 . P1 P2 （速度选择器）：
BD
A.增大匀强电场间的加速电压 B.增大磁场的磁感应强度B C.减少狭缝间的距离 D.增大D形金属盒的半径
小结:
带电粒子垂直射入匀强磁场做匀速圆周运动 洛伦兹力提供向心力 1)圆半径r
mv qvB r
2
r
mv qB
半径r跟速率v成正比. 2)周期T
2p r T v
T
2p m qB
周期T跟圆半径r和速率v均无关.
C
1 1P
r
mv qB
r
m q
加速器
问题1：要认识原子核内部的情况，必须把 核“打开”进行“观察”。然而，原子核被强 大的核力约束，只有用极高能量的粒子作 为“炮弹”去轰击，才能把它“打开”。那么 怎样才能产生这些高能炮弹呢？
设计方案：多级加速器
加速器中的径迹为直线，其加速装置要很长很长
带电粒子在匀强磁场中的运动
吉林省乾安县第四中学 13s200512@
人教版选修3-1 新课标地区
会员社区用户名：jys200512@
思考:（不计带电粒子的重力）
• 带电粒子平行射入匀强磁场会 做什么运动？
• 带电粒子垂直射入匀强磁场会 做什么运动？
· · · · · v · · · · · · · · · · a
r
mv qB
拓展：
v 与 B 不垂直
v // v cos θ
v v sin θ
粒子的轨迹是一条螺旋线
“气泡室”照片
• 1.不同带电粒子 的径迹半径为什 么不一样？ • 2.同一条径迹上 为什么曲率半径 会越来越小呢？
E km 1 2 mv m
2
( qBR ) 2m
2
与加速电压无关！
费米实验室环形加速器
——美国伊利诺斯州
例与练
• 3、回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心的部分是分 别与高频交流电极相连的两个D形金属盒。两盒间的狭缝中形 成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速， 两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示。要增 大带电粒子射出的动能，则下列说法中正确的是（ ）
qE qvB 1 v
3 . S 3 下方 ( 匀强磁场
qvB mv r
2
E B1
)
mE qB 1 B 2
2
r
mv qB 2
荷质比 / 比荷：
q m
E B1 B 2 r
例与练 • 2、有三种粒子，分别是质子（ 11 P ）、氚核、 4 3 （ 1 H ）和α 粒子（ 2 He ）束，如果它们以相 同的速度沿垂直于磁场方向射入匀强磁场（磁 场方向垂直纸面向里），在下图中，哪个图正 确地表示出这三束粒子的运动轨迹？（ ）
【实验验证】
• 不加磁场时观察 电子束的径迹。 • 给励磁线圈通电， 在玻璃泡中产生沿 两线圈中心连线方 向，由纸内指向读 者的磁场，观察电 子束的径迹。
理论分析
．
F
ν
复位 沿着与
【演示实验】
• 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。 • 保持出射电子的 速度不变，改变磁 感应强度，观察电 子束径迹的变化。
提出问题：能否从气泡室中带 电粒子的径迹得到启发设计一个 仪器，将比荷不同、初速度几乎 为零带电粒子分开？
设计方案：设一个质量为m、电荷量为q的 粒子,从容器下方的小孔S1飘入电势差为U的加 速电场,其初速度几乎为零,然后经过S3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.求： (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