【名师同步导学】2013-2014学年高中物理 第3章 第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动课件 新人教版选修3-1
(2013·雅安高二检测) 用磁场可以约束带电粒子的轨迹，如图所示，宽d＝ 2 cm的有界匀强磁场的横向范围足够大，磁感一带正电的粒子从O点
以v＝2×106 m/s的速度沿纸面垂直边界进入磁场．粒子 的电荷量q＝1.6×10－19C，质量m＝3.2×10－27 kg.求： (1)粒子在磁场中运动的轨道半径R； (2)粒子在磁场中运动的时间t.
(1)圆心的确定．
圆心一定在与速度方向垂直的直线上，常用三种方 法确定： ①已知粒子的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，如图甲所示，P为 入射点，M为出射点．
②已知粒子的入射点和出射点的位置时，可以通过
入射点作入射方向的垂线，再连接入射点和出射点作其
动周期相同的交流电，且粒子每次过窄缝时均为加速电
压.
解题方法指导
对应学生用书P98
在圆柱形区域里，有磁感应强度为B的匀
强磁场，磁场的横截面是半径为r的圆．质量为m、电荷
量为q的带电粒子，以初速度v0沿垂直指向圆柱轴线的方 向从A点射入匀强磁场中，从B点离开磁场，如图1所 示．求带电粒子离开磁场时的速度方向与射入磁场时的 速度方向间的偏向角．
径(或圆心角)，并注意利用以下两个重要几何关系：
①粒子速度的偏向角φ等于圆心角α，并等于弦AB与 切线的夹角(弦切角θ)的2倍，即φ＝α＝2θ＝ωt.
②相对的弦切角θ相等，与相邻的弦切角θ′互补，即
θ＋θ′＝180°.
(3)运动时间的确定 粒子在磁场中运动一周的时间为T，当粒子运动的圆弧 α 所对应的圆心角为α时，其运动的时间可表示为：t＝ T 360° α α α 或t＝ T.当α为角度时用t＝ T，当α为弧度时，用t＝ 2π 360° 2π T.
【答案】
eBL (1) 2m 3 ＋1)L，临界轨迹如图所
(2)挡板被击中的范围是( 示．
【方法总结】
解决此类问题的关键是找准临界点，找临界点的方
法是：以题目中的“恰好”“最大”“至少”等词语为 突破点，挖掘隐含条件，分析可能的情况，必要时画出 几个不同半径或不同圆心的圆的轨迹，这样就能顺利地 找到临界条件．
mv (4)带电粒子的最终能量：由r＝ qB 得，当带电粒子的 运动半径最大时，其速度也最大，若D形盒半径为R，则带 q2B2R2 电粒子的最终动能Em＝ . 2m 可见，要提高加速粒子的最终能量，应尽可能增大磁 感应强度B和D形盒的半径R.
(1)洛伦兹力永远不做功，磁场的作用是让带电粒子 “转圈圈”，电场的作用是加速带电粒子． (2)两D形盒窄缝所加的是与带电粒子做匀速圆周运
说明：直线加速器占有的空间范围大，在有限的空 间范围内制造直线加速器受到一定的限制．
2．回旋加速器 (1)构造：如下图所示，回旋加速器主要由以下几部
分组成：①粒子源；②两个D形盒；③匀强磁场；④高频
电源；⑤粒子引出装置；⑥真空容器．
(2)回旋加速器原理：带电粒子在D形盒中只受洛伦兹 力的作用而做匀速圆周运动，运动半周后带电粒子到达D形 盒狭缝，并被狭缝间的电场加速，加速后的带电粒子进入 另一D形盒，由粒子在洛伦兹力作用下做圆周运动的半径公 mv 2πm 式r＝ Bq 知，它运动的半径将增大，由周期公式T＝ qB 可 知，其运动周期与速度无关，即它运动的周期不变，它运 动半个周期后又到达狭缝再次被加速，如此继续下去，带 电粒子不断地被加速，在D形盒中做半径逐渐增大，但周期 不变的圆周运动．
4．带电粒子在有界磁场中运动的几个问题 (1)常见有界磁场边界的类型如下图所示．
(2)带电粒子运动与磁场边界的关系
①刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运 动的轨迹与边界相切． ②当速度v一定时，弧长(或弦长)越长，圆周角越 大，则带电粒子在有界磁场中运动的时间越长．
(3)带电粒子在有界磁场中运动的对称性
(2)粒子垂直PQ射出磁场，则粒子的轨迹如图3所示，L mv 2 3L 2 3LqB ＝r2cosθ，r2＝ .由于r＝ qB ，所以v2＝ ；轨迹 3 3m T πm 圆心角为60° ，故运动时间t2＝ ＝ . 6 3qB
5πm 答案：(1) 3qB
πm (2) 3qB
回旋加速器是用来加速一 群带电粒子使它们获得很大动能的仪 器，其核心部分是两个D形金属扁盒， 两盒分别和一高频交流电源两极相接， 以便在盒间的窄缝中形成匀强电场，使 粒子每穿过狭缝时都得到加速，两盒放 在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底 面，粒子源置于盒的圆心附近，若粒子 源射出的粒子电荷量为q，质量为m， 粒子最大回旋半径为Rmax，其运动轨迹 如图所示．问：
(1)粒子第一次射入磁场的速度及在磁场中运动的时
间； (2)粒子第二次射入磁场的速度及在磁场中运动的时 间．
解析：(1)粒子刚好没能从PQ边界射出磁场，则粒子的 L 轨迹如图2所示，L＝r1＋r1cosθ，轨道半径r1＝ ＝ 1＋cosθ mv 2L 2LqB .由半径公式r＝ qB 得：v1＝ ；由几何知识 2＋ 3 2＋ 3 m 300° 可看出，轨迹所对圆心角为300° ，则运动时间t1＝ T， 360° 2πm 5πm 周期公式T＝ qB ，所以t1＝ . 3qB
1．直线加速器(多级加速器)
如图所示，电荷量为q的粒子经过n级加速后，根据
动能定理获得的动能可以达到Ek ＝q(U1 ＋U2 ＋U3 ＋„＋ Un)．这种多级加速器通常叫做直线加速器，目前已经建 成的直线加速器有几千米甚至几十千米长．各加速区的 两板之间用独立电源供电，所以粒子从P2 飞向P3 、从P4 飞向P5„„时不会减速．
1．结构：质谱仪由静电加速电极、速度选择器、偏
转磁场、显示屏等组成．(如图)
2．原理： (1)粒子源及加速电场：使带电粒子获得速度v进入速度 选择器，v＝ 2qU m .
(2)速度选择器：只有做匀速直线运动的粒子才能通 E 过，即qE＝qvB1，所以v＝ . B1
(3)偏转磁场及成像显示装置：粒子源产生的粒子在进 入加速电场时的速度很小，可以认为等于零，则加速后有 1 2 qU＝ mv ，所以v＝ 2 2qU m .
如图1所示，真空区域有宽度为 L、磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向如图所示，
MN、PQ是磁场的边界．质量为m、电荷量为＋q的粒子
先后两次沿着与MN夹角为θ＝30°的方向垂直磁感线射 入磁场中，第一次粒子刚好没能从PQ边界射出磁场，第 二次粒子刚好垂直PQ边界射出磁场(不计粒子重力的影 响)．求：
【解析】
带电粒子射入匀强磁场后的运动，一定是
mv2 mv0 0 匀速圆周运动，轨迹半径由qv0B＝ R 得R＝ Bq .轨迹的圆 心一定在过A点的磁场横截面的切线上，设轨迹圆心为 mv0 O′，则O′A＝R＝ Bq .据此可作示意图，如图2所示．
由于带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，它离开 磁场时的速度与进入磁场时的速度大小相等，vt与v0的延长 线必过圆柱体的轴线上的O点．由图可知，vt与v0的偏向角 θ满足下列关系式：
(4)保持磁场的磁感应强度不变，改变电子的出射速
度，发现电子的出射速度越大，圆形径迹的半径越大．
结论：(1)当带电粒子以速度v平行于磁场方向进入匀 强磁场后，粒子所受洛伦兹力为零，所以粒子将以速度v 做匀速直线运动． (2)当带电粒子以一定的速度垂直进入磁场时做圆周 运动，且圆周运动的半径与磁场的强弱及粒子的入射速 度有关．
答案：(1)4×10
－2
π m (2) ×10－8 s 3
S为电子源，它只能在如图所示的纸面上
360°范围内发射速率相同、质量为m、电荷量为e的电 子．MN是块足够大的竖直挡板，与S的水平距离OS＝ L，挡板左侧有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为 B.求：
(1)要使S发射的电子能够到达挡板，则发射电子的速度 至少为多大？ eBL (2)若电子发射的速度为 m ，则挡板被击中的范围多 大？(要求说明S在哪个范围内发射电子可以击中挡板，画 出临界的电子轨迹．)
【解析】
(1)电子能达到极板，则R≥L/2，根据evB
v2 eBL ＝m R 可得v≥ 2m v′ eBL (2)电子发射速率v′＝ m ，R′＝m eB ＝L.沿SO方向 射入电子与MN相切于A，ON段击中最远的距离OA＝L； OM段上最远处是MN上的点B满足SB＝2L，OM段击中最 远的距离OB＝ 2L2－L2＝ 3 L.
v2 在偏转磁场中，有qvB2＝m r ，故轨道半径
mv m r＝ ＝ B2q qB2
2qU m ＝
2mU 2 qB2
qB2r2 2 所以粒子质量m＝ . 2U 若粒子电荷量q也未知，通过质谱仪可求出该粒子的比 q 2U 荷m＝ 2 2. B2r
3．质谱仪的应用
质谱仪最初是由汤姆生的学生阿斯顿设计的，他用 质谱仪首先发现了氖20和氖22的质谱线，证实了同位素 的存在．后来经过多次改进，质谱仪已经成了一种十分 精密的测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具．
中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心，如图 乙所示，P为入射点，M为出射点，这种方法在不明确出 射方向的时候使用． ③若仅知道粒子进入磁场前与离开磁场后的速度方 向，可找两速度方向延长线夹角的角平分线以确定圆心 位置范围，再结合其他条件以确定圆心的具体位置．
(2)半径的确定和计算 如图所示，利用平面几何关系，求出该圆的可能半
2．带电粒子在匀强磁场中的圆周运动 如图所示，带电粒子以速度v垂直磁场方向入射，在
磁场中做匀速圆周运动，设带电粒子的质量为m，所带的
电荷量为q.
(1)轨道半径：由于洛伦兹力提供向心力，则有qvB＝ v2 mv m r ，得到轨道半径r＝ qB . 2πr (2)周期：由轨道半径与周期之间的关系T＝ v 可得周 2πm 期T＝ qB .
解析：(1)带电粒子进入磁场后做匀速圆周运动，轨迹 如图，则 v2 mv qvB＝m R ，即R＝ qB 解得R＝4×10－2 m.
人教版高中物理选修3-13-6带电粒子在匀强磁场中的运动.docx
高中物理学习材料3-6带电粒子在匀强磁场中的运动基础夯实1．两个粒子，带电荷量相等，在同一匀强磁场中只受洛伦兹力作用而做匀速圆周运动，则下列说法正确的是( )A．若速率相等，则半径必相等B．若质量相等，则周期必相等C．若mv大小相等，则半径必相等D．若动能相等，则周期必相等答案：BC解析：由r＝mvqB，知A错B对，由T＝2πmqB知C对D错。
2．洛伦兹力使带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，下列各图中均标有带正电荷粒子的运动速度v，洛伦兹力F及磁场B的方向，虚线圆表示粒子的轨迹，其中可能出现的情况是( )答案：A解析：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力起到了向心力的作用，一定指向圆心，C 、D 错误。
运动速度v ，洛伦兹力F 及磁场B 的方向满足左手定则，A 正确、B 错误。
3．(2012·临沂模拟)速率相同的电子垂直磁场方向进入四个不同的磁场，其轨迹如图所示，则磁场最强的是( )答案：D解析：由qvB ＝m v 2r 得r ＝mv qB，速率相同时，半径越小，磁场越强，选项D 正确。
4.(北京市第八十中学检测)由中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪如图所示，它曾由航天飞机携带升空，将来安装在阿尔法国际空间站中，主要使命之一是探索宇宙中的反物质。
所谓的反物质即质量与正粒子相等，带电量与正粒子相等但相反，例如反质子即为1－1H，假若使一束质子、反质子、α粒子和反α粒子组成的射线，以相同的速度通过OO′进入匀强磁场B2而形成的4条径迹，则( )A．1、3是反粒子径迹B．2、4为反粒子径迹C．1、2为反粒子径迹D．4为反α粒子径迹答案：C解析：根据左手定则可判定带电粒子在磁场中的偏转方向，从而确定1、2为反粒子径迹。
5．下图是科学史上一张著名的实验照片，显示一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹。
云室放置在匀强磁场中，磁场方向垂直照片向里。
云室中横放的金属板对粒子的运动起阻碍作用。
分析此径迹可知粒子( )A．带正电，由下往上运动B．带正电，由上往下运动C．带负电，由上往下运动D．带负电，由下往上运动答案：A解析：从照片上看，径迹的轨道半径是不同的，下部半径大，上部半径小，根据半径公式R＝mvqB可知，下部速度大，上部速度小，这一定是粒子从下到上穿越了金属板而损失了动能，再根据左手定则，可知粒子带正电，因此，正确的选项是A。
高中物理 第三章 磁场 第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动教学案 新人教版选修31(1)
第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子(重力不计)在匀强磁场中的运动┄┄┄┄┄┄┄┄① 1．运动规律(1)带电粒子平行于磁场方向射入时，做匀速直线运动。
(2)带电粒子垂直于磁场方向射入时，由于洛伦兹力总与速度方向垂直，起到向心力的作用，所以带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。
2．匀速圆周运动的半径和周期(1)半径：由q v B ＝m v 2r 得r ＝m vBq 。
(2)周期：由T ＝2πr v 得T ＝2πmBq。
[注意] 确定带电粒子运动圆弧所对圆心角的两个重要结论(1)带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向之间的夹角φ叫做偏向角，偏向角等于圆弧轨道PM 对应的圆心角α，即α＝φ，如图所示。
(2)圆弧轨道PM 所对圆心角α等于弦PM 与切线的夹角(弦切角)θ的2倍，即α＝2θ。
①[判一判]1．在匀强磁场中做匀速圆周运动的带电粒子的轨道半径跟粒子的运动速率成正比(√) 2．带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与轨道半径成正比(×) 3．电子在匀强磁场中可能做匀加速直线运动(×)4．洛伦兹力与速度垂直，只改变速度方向，不改变速度大小，所以洛伦兹力总是不做功(√)二、质谱仪┄┄┄┄┄┄┄┄②1．构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成。
2．原理：粒子由静止被加速电场加速，根据动能定理可得12m v 2＝qU ①粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得q v B ＝m v 2r ②由①②两式可得比荷：q m ＝2UB 2r2。
3．应用：是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。
②[选一选]如图所示是质谱仪示意图，它可以测定单个离子的质量，图中离子源S产生带电荷量为q 的离子，经电压为U 的电场加速后垂直射入磁感应强度为B 的匀强磁场中，沿半圆轨道运动到记录它的照相底片P 上，测得它在P 上位置与A 处水平距离为d ，则该离子的质量m 大小为( )A.qB 2d 28UB.qB 2d 24UC.qB 2d 22UD.qB 2d 2U解析：选A 粒子经过加速电场过程中由动能定理得qU ＝12m v 2。
【三维设计】高中物理 第三章第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动同步导学案(含解析)新人教版选修3-1
【三维设计】2013-2014学年高中物理 第三章第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动同步导学案（含解析）新人教版选修3-11.洛伦兹力不改变带电粒子速度的大小，即洛伦兹力对带电粒子不做功。
2．带电粒子沿垂直磁场方向进入匀强磁场时，洛伦兹力提供向心力，带电粒子做匀速圆周运动。
3．带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期为T ＝2πmqB，轨道半径为r ＝mvqB。
4．回旋加速器由两个D 形盒组成，带电粒子在D 形盒中做圆周运动，每次在两个D 形盒之间的窄缝区域被电场加速，带电粒子最终获得的动能为E k ＝q 2B 2R 22m。
1．洛伦兹力的特点(1)洛伦兹力不改变带电粒子速度的大小，或者说，洛伦兹力对带电粒子不做功。
(2)洛伦兹力方向总与速度方向垂直，正好起到了向心力的作用。
2．带电粒子在匀强磁场中的运动(1)运动特点：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。
(2)半径和周期公式：质量为m ，带电荷量为q ，速率为v 的带电粒子，在磁感应强度为B 的匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，即qvB ＝mv 2r ，可得半径公式r ＝mvqB，再由T ＝2πr v 得周期公式T ＝2πmqB，由此可知带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期跟速率v 和半径r 无关。
[重点诠释]1．带电粒子在磁场中做圆周运动时圆心、半径和运动时间的确定方法 (1)圆心的确定。
圆心一定在与速度方向垂直的直线上，常用三种方法确定：①已知粒子的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3－6－1甲所示，P 为入射点，M 为出射点。
②已知粒子的入射点和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，再连接入射点和出射点作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心，如图乙所示，P 为入射点，M 为出射点，这种方法在不明确出射方向的时候使用。
2014【新课标高中同步辅导】选修3-1课件 3-6 带电粒子在匀强磁场中的运动
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物理[新课标· 选修3-1]
2．通过理论分析知道带电粒子沿着与磁场垂直的方向射入 匀强磁场会在磁场中做匀速圆周运动，并能用学过的知识推导出 匀速圆周运动的半径公式和周期公式． 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、运动的问题，了解质谱仪和回旋加速器的工作原理． ●教学地位 本节是高中物理的重点知识，也是高考的热点，在历年高考 中都会被考查到，题型全面，难度偏上，在学习时要引起足够重 视.
1.基本知识 (1)质谱仪 ①原理图：如图3－6－1所示．
图3－6－1
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物理[新课标· 选修3-1]
②加速 带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理得：qU＝ 1 2 mv ① 2 ③偏转 带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力
2 m v 提供向心力： qvB ＝ r ②
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教 学 教 法 分 析 课 堂 互 动 探 究 当 堂 双 基 达 标 课 后 知 能 检 测
教 学 方 案 设 计
6
带电粒子在匀强磁场中的运动
课 前 自 主 导 学
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物理[新课标· 选修3-1]
●课标要求 1．了解电子束的磁偏转原理以及在科学技术中的应用． 2．认识电磁现象的研究在社会发展中的作用． ●课标解读 1．通过实验知道带电粒子沿着与磁场垂直的方向射入匀强 磁场会做圆周运动，圆周运动的半径与磁感应强度的大小和入射 速度的大小有关．
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物理[新课标· 选修3-1]
2．思考判断 (1)运动电荷在匀强磁场中做圆周运动的周期与速度无 关．( √ )
高中物理选修3-1课件 第三章 第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动
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一、带电粒子在匀强磁场中的运动 1．用洛伦兹力演示仪观察运动电子在磁场中运动
实验操作
不加磁场时 给励磁线圈通电后
保持电子速度不变， 改变磁感应强度
保持磁感应强度不变， 改变电子速度
轨迹特点 电子束的径迹是_直__线__ 电子束的径迹是__圆__ 磁感应强度越大，轨迹半径_越__小__
电子速度越大，轨迹半径_越__大__
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2．洛伦兹力的作用效果 洛伦兹力只改变带电粒子速度的 方向 ，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，不改变粒子的能量。 3．带电粒子的运动规律 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。洛伦兹力总与速度方向 垂直 ，正好起到了向心力的 作用。
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二、质谱仪和回旋加速器
结束
1．质谱仪 (1)原理图：如图所示。
(2)加速
带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理得：
qU＝__12_m__v_2 _。
①
(3)偏转
带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，洛伦兹
力提供向心力：__q_v_B__＝mrv2。
②
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(1)带电粒子若垂直进入非匀强磁场后做半径不断变化的运动， 这时公式 r＝mqBv是否成立？ 提示：成立。在非匀强磁场中，随着B的变化，粒子轨迹 的圆心、半径不断变化，但粒子运动到某位置的半径仍由 B、q、v、m决定，仍满足r＝mqBv。
高中物理 选修3-1 第三章、第六节带电粒子在匀强磁场中的运动 学案 导学案
第三章、第六节带电粒子在匀强磁场中的运动学习目标：知识目标：1、理解带电粒子垂直进入匀强磁场时的运动规律，学会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式、周期公式，并会用它们解答有关问题。
2、知道质谱仪、回旋加速器的基本构造、工作原理及用途。
能力目标：能够用学过的知识分析、计算有伏案带电粒子在匀强磁场中受力、运动的问题。
情感目标：培养学生发现美的情感能力学习重点：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式和周期公式，并能用来解决有关问题。
学习难点：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.学习过程：一、自主学习：1、带单粒子在匀强磁场中的运动（1）洛伦兹力演示仪：阴极射线管处在两个线圈之间，两个线圈通电后它们之间能产生，磁场的方向跟线圈的轴线平行。
（2）洛伦兹力不做功：洛伦兹力总是与离子的速度方向垂直，所以洛伦兹力不改变带电粒子速度的大小，或者说洛伦兹力对带电粒子。
（3）粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动：垂直射入匀强磁场的带电粒子，洛伦兹力总是与速度垂直，不改变速度的大小，只改变速度的方向，起到了的作用。
所以，沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做运动。
（4）圆周运动的半径和周期：质量为m、电荷量为q、速率为v的带电粒子，在磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动的半径r= ，周期为T=2πr/v=2、回旋加速器：（1）电场使带电粒子加速：静电力对带电粒子做功，使粒子的动能增加，所以加速器必定要有。
(2)直线型加速器：又称为加速器，粒子运动的径迹是直线，加速装置要做的很长很长。
（3）回旋加速器：它由两个正对的D形盒组成，两D形盒之间有一定的电势差U，垂直于D 形盒平面加匀强磁场。
如图所示。
带电粒子在匀强磁场中的运动周期T=2πm/qB与粒子的速率和半径无关，只要在两个D形盒间加上周期性变化的加速电场，便可以实现多次加速。
由于在D形盒中每一个半圆后就进入加速电场得到加速，所以加速电场的与粒子在磁场中运动的相等。
人教版高二物理选修3-1第三章磁场第6节带电粒子在匀强磁场中的运动课件
（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。
（4）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。
带电粒子在匀强磁场中的运动
1.带电粒子在磁场中运动时，它所受的洛伦兹力方向总与速 度方向垂直，洛伦兹力在速度方向上没有分量，所以洛伦兹 力不改变带电粒子速度的大小，或者说，洛伦兹力对带电粒 子不做功，不改变粒子的能量。
r mv 1 2mU qB B q
从这个结果可以看出，如果容器 A 中粒子的电荷量相同 而质量不同，它们进入磁场后将沿着不同的半径做圆周运动， 因而打到照相底片的不同地方，如图所示中的D。这样的仪器 叫做质谱仪。从粒子打在底片上的位置可以测出圆周的半径r， 进而可以算出粒子的比荷q/m或算出它的质量。
子枪的加速电压和励磁线圈的电流来调节。
演示 用洛伦兹力演示仪观察运动电子在磁场中的偏转。在做
以下每项观察之前，首先进行讨论，根据洛伦兹力的知识预 测电子束的径迹，然后观察，检验你的预测。 （1）不加磁场时观察电子束的径迹。 （2）给励磁线圈通电，在玻璃泡中 产生沿线圈中心连线方向、由纸面 指向读者的磁场，观察电子束的径迹。
【课堂训练】 1.在如图所示的平行板器件中，匀强电场的方向与匀强磁场 的方向相互垂直，电场强度的大小为E，磁感应强度的大小 为B，一带电粒子（重力不计）从左端以速度v沿虚线射入后 做匀速直线运动，则该粒子（ B ） A．一定带负电 B．若速度v＜E/B，则粒子可能从板间射出 C．若速度v＞E/B，则粒子一定不能从板间射出 D．若此粒子从右端沿虚线方向进入，仍做直线运动
4．带电粒子在匀强磁场中的运动几种情况 （1）带电粒子的运动方向与磁场方向平行，带电粒子在磁场中 做匀速直线运动运动。 （2）带电粒子的运动方向与磁场 方向垂直，带电粒子在磁场中做 匀速圆周运动运动。 （3）带电粒子的运动方向与磁场方向成θ角，粒子在垂直于磁 场方向作匀速圆周运动运动，在平行磁场方向作匀速直线运动 运动。叠加后粒子作等距螺旋曲线运动，且速率不变。
人教版高二物理选修3-1第三章磁场第六节《带电粒子在匀强磁场中的运动》课件(共13张PPT)[优质实用版课件]
带电粒子在汽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。
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，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（图3.6-4）。
⑴求粒子进入磁场时的速率。
第六节 带电粒子在匀强磁场中的运动
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：
-v
B
一、运动形式
1、匀速直线运动。 2、匀速圆周运动。
F × × × B × ×
××××× ×××××
××+××v×
×××××
带电粒子在匀强磁场中 做匀速圆周运动，洛伦 兹力就是它做圆周运动 的向心力
二、加速器
1．直线加速器
2．回旋加速器
视频
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：Hale Waihona Puke （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
功地把自己推销给别人之前，你必须百分之百的把自己推销给自己。即使爬到最高的山上，一次也只能脚踏实地地迈一步。
⑵求粒子在磁场中运动的轨道半径。
质谱仪
最初是由汤姆生的学生阿斯顿 设计的，他用质谱仪发现了氖20 和氖22，证实了同位素的存在。
现在质谱仪已经是一种十分精 密的仪器，是测量带电粒子的质 量和分析同位素的重要工具。
速度选择器
如图，在平行板电容器中，电场强度E和 磁感应强度B相互垂直。具有某一速度v的带 电粒子将沿虚线通过不发生偏转，而其它速度 的带电粒子将发生偏转。这种器件能把上述速 度为v的粒子选择出来，所以叫速度选择器。 试证明带电粒子具有的速度v=E/B，才能沿图 示的虚线通过。
人教版高中物理选修3-1第三章磁场第6节带电粒子在匀强磁场中的运动
ev
θ
B d
第２课时
复习回顾
1、圆周运动的半径
qvB m v2 R
R mv qB
2、圆周运动的周期
T 2 R
v
T 2 m
qB
思考：周期与速度、半径什么关系？
带电粒子在磁场中运动情况研究
• 1、找圆心：方法 利用v⊥R
利用弦的中垂线
• 2、定半径： 几何法求半径
向心力公式求半径
•
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3、确定运动时间：
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
结论
1. 在磁场中做圆周运动,周期不变 2. 每一个周期加速两次 3. 电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相
(A)
霍尔效应
dB I
h
I=neSv=nedhv eU/h=evB
U=IB/ned=kIB/d
k是霍尔系数
练习：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
t
2
T
T 2m
注意：θ用弧度表示
qB
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