带电粒子在匀强磁场中的运动(公开课)PPT


入磁感应强度为B的匀强磁场,设轨道半径
为r,则有:
qU
1
mv2
q 2 2U
可得
m B2r2
m v2 qvB
r
MN U O B
⑵带电粒子质量m,电荷量q,以速度v穿过速度选择
器(电场强度E,磁感应强度B1),垂直进入磁感应强
度q为EB=q2的vB匀1 q强q磁vB场2E.设m轨rv2道半径为rM,则有N :E
供向心力。
qvB m v2 r
r mv qB
可见r与速度V、磁感应强度B、粒子的比荷有关
三、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时周期
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动 时周期有何特征?
根据T 2r 结合r mv
v
qB
可知T 2m
qB
可见同一个粒子在匀强磁场中做匀速圆周 运动的周期与速度无关
(汤姆生的学生)
一、质谱仪原理分析
1、质谱仪:是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具
2、工作原理将质量不等、电荷数相等的带电粒子经同一 电场加速再垂直进入同一匀强磁场,由于粒子质量不同, 引起轨迹半径不同而分开,进而分析某元素中所含同位素 的种类
质谱仪的两种装置
均可测定荷质比
⑴带电粒子质量m,电荷量q,由电压U加速后垂直进
D形盒的半径越大,粒 子所能获得的速度越大
警示:对回旋加速器要切记以下三点:
①加速电场的周期必须等于回旋周期.
③粒子做匀速圆周运动的最大半径等于D 形盒半径.
③在粒子质量、电量确定的情况下,粒 子所能达到的最大动能只与加速的半径R和磁 感应强度B有关,与加速电压U无关.
想一想:有些同学认为“加速电压U越大,每次加速时粒子获得的 动能越大,最后粒子飞出D形盒时的动能也越大.这种观点对吗?说 说你的观点.
利用磁场让粒子做圆周运动!
二、回旋加速器
以 正
V3
粒 子
V1
为 例
+ -
+ -
V1
-+ + V2
V2
1.结构
2.工作原理
以 正
V3
粒 子
V1
为 例
+ -
+ -
V1
-+ + V2
V2
例题
回旋加速器D形盒的半径为r,匀强磁场的磁感应强 度为B,一个质量为m,电荷量为q的粒子在加速电压为 U的加速器的中央从速度为零开始加速,根据回旋加速 器的这些数据计算: (1)交流电源的周期是?所加交变电压的频率。 (2)该粒子获得的最大速度,及最大动能。 (3)运动的总时间(不计粒子在间隙中间的运动时间)。
A.粒子从a到b,带正电 B.粒子从a到b,带负电 C.粒子从b到a,带正电 D.粒子从b到a,带负电
通过气泡室显示的带电粒子在匀强磁场中的运动径迹
导学案:问题4质谱仪 • 如图所示,一质量为m,电荷量为q的粒子从容器A下方小
孔S1飘入电势差为U的加速电场,然后让粒子垂直进入磁 感应强度为B的磁场中,最后打到底片D上. • (1)粒子在S1区做什么运动? • (2)在S2区做何种运动,在S3区将做何种运动? • (3)粒子进入磁场时的速率? • (4)粒子在磁场中运动的轨道半径?
北京正负电子对撞机:撞出物质奥秘
大科学装置的存在和应用水 平,是一个国家科学技术发展的 具象。它如同一块巨大的磁铁, 能够集聚智慧,构成一个多学科 阵地。作为典型的大科学装置, 北京正负电子对撞机的重大改造 工程就是要再添磁力。
电子束的轨迹变化。 V越大、R越大
思考:
带电粒子在磁场中的运动:
匀速直线运动
匀速圆周运动
粒子运动方向与磁场有一夹角(大于0度小于90度)
轨迹为螺线
例1:一个带电粒子,沿垂直于磁场的方向 射入一匀强磁场.粒子的一段径迹如下图所 示.径迹上的每一小段都可近似看成圆 弧.由于带电粒子使沿途的空气电离,粒子 的能量逐渐减小(带电量不变).从图中情况 可以确定 C
(二)实验论证:洛伦兹力演示器
励磁线圈
加速电压 选择挡
电子 枪 磁场强弱选择挡
演示实验:
• 1、不加磁场时,观察电子束的轨迹; 匀速直线运动 • 2、给线圈通电,观察电子束的轨迹; 匀速圆周运动 • 3、保持初射速度V不变,改变磁感应强度B的大小,观察
电子束的轨迹变化; B越大、R越小 • 4、保持磁感应强度B不变,改变初射速度V的大小,观察
B1
可得:
m B1B1r
B2
带电粒子在磁场中的运动
回旋加速器
世界上最大、能量最高的粒子加速器 ——欧洲大型强子对撞机
世界最大对撞机启动模拟宇宙大爆炸 中国参与研究
在瑞士和法国边
界地区的地底实验室内, 科学家们正式展开了被 外界形容为“末日实验” 的备受争议的计划。他 们启动了全球最大型的 强子对撞机(LHC),把 粒子运行速度加快至接 近光速,并将互相撞击, 模拟宇宙初开“大爆炸” 后的情况。科学家希望 借这次实验,有助解开 宇宙间部分谜团。但有 人担心,这次实验或会 制造小型黑洞吞噬地球, 令末日论流言四起。
带电粒子在匀强磁场中的运动
知识回顾、带电粒子在匀强电场中的运动
匀加速直线运动
类平抛运动
v q
q v F
受力分析——运动
一、带电粒子在匀强磁场中的运动
匀速直线运动
猜想:
v q
v q
二、带电粒子运动轨迹的半径
匀强磁场中带电粒子运动轨迹的半径与哪些因 素有关?
思路: 带电粒子做匀速圆周运动,洛伦兹力提
例 2、匀强磁场中,有两个电子分别以速率v和2v沿垂 直于磁场方向运动,哪个电子先回到原来的出发点?
. v . - e . . T=2πm/eB
运动周期和电子的速率无关
.
.
.
.两个电子同时回到原来的出发点
2v - e
两个电子轨道半径如何?
. .
. .
. .
径与粒子射入的速度成正比
这项实验在深入地底100米、长达27 公里的环型隧道内进行。
一、直线加速器
1.单极加速器
+
U
-
带电粒子初速度为0,将
+q
其加速到具有30MeV能
量,需要多大的电压?
qu 1 mv2 2
2.多级直线加速器
优点:各级电压独立,低压分级加速 缺点:级数太多,占用空间太大
斯坦福直线加速器中心鸟瞰图
1962年斯坦福直线加速器中心成立后,开 始建造2英里长的直线加速器和实验区
在S1 S2间,电场力做功获得能 1 mv2 qU 2
可得:v 2qU m
以 速 度v垂 直 进 入 磁,场 洛 仑 兹 力 提 供 向 心 力
v2
mv
qvB m r
r
qB
可见半径不同 意味着比荷不同,
代入v可得:r 1 B
2mU q
意味着它们是不同 的粒子
这就是质谱仪的工作原理
阿斯顿
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带电粒子的匀强磁场中的运动 PPT

带电粒子的匀强磁场中的运动 PPT
3.6 带电粒子在匀强 磁场中的运动
洛伦兹力:
大小: f=qvBsinα (α是V与B间的夹角) 方向: 用左手定则判断 特点: 对运动电荷永不做功:因为 f 始终垂直于 v
带1电、粒理子论在推匀导强磁场中的运动 带电粒子平行射入匀强磁场的 运动状态? (重力不计)
匀速直线运动
带电粒子垂直射入匀强磁场的运 动状态? (重力不计)
本课小结:
一、带电粒子在磁场中的运动 平行磁感线进入:做匀速直线运动 垂直磁感线进入:做匀速圆周运动
半径:R=
mv qB
周期:T=
2πm qB
二、质谱仪:研究同位素(测荷质比)的装置
由加速电场、偏转磁场等组成
2、实验 (1)洛伦兹力演示仪
①电子枪:射出电子 ②加速电场:作用是改变电子束出
射的速度 ③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
洛伦兹力演示仪
加速电压 选择挡
亥姆霍兹线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。
来磁感应强度2倍的匀强磁场,则( )BD
A.粒子的速率加倍,周期减半 B.粒子速率不变,轨道半径减半 C.粒子的速率减半,轨道半径变为原来的1/4 D.粒子速率不变,周期减半
例3:一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一 匀强磁场,粒子的一段轨迹如图所示,轨迹上的 每一小段都可近似地看成一小段圆弧,由于带电 粒子使沿途的空气电离,粒子的能量逐渐减小
(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
2mqUU
二、质谱仪 qmB2
精密测量带电粒子质量和分析 同位素(测荷质比)的仪器
结构与原理
加速电场:使带电粒子加速 v= 2qU

带电粒子在匀强磁场中的运动公开课优秀课件

带电粒子在匀强磁场中的运动公开课优秀课件

例 2、匀强磁场中,有两个电子分别以速率v和2v沿垂 直于磁场方向运动,哪个电子先回到原来的出发点?
. v . - e . . T=2πm/eB
运动周期和电子的速率无关
.
.
.
.两个电子同时回到原来的出发点
2v - e
两个电子轨道半径如何?
. .
. .
. .
. B.
r mv v eB
轨道半径与粒子射入的速度成正比
这项实验在深入地底100米、长达27 公里的环型隧道内进行。
一、直线加速器
1.单极加速器
+
U
-
带电粒子初速度为0,将
+q
其加速到具有30MeV能
量,需要多大的电压?
qu 1 mv2 2
2.多级直线加速器
优点:各级电压独立,低压分级加速 缺点:级数太多,占用空间太大
斯坦福直线加速器中心鸟瞰图
1962年斯坦福直线加速器中心成立后, 开始建造2英里长的直线加速器和实验区
供向心力。
qvB m v2 r
r mv qB
可见r与速度V、磁感应强度B、粒子的比荷有关
三、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时周期
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动 时周期有何特征?
根据T 2r 结合r mv
v
qB
可知T 2m
qB
可见同一个粒子在匀强磁场中做匀速圆周 运动的周期与速度无关
在S1
S

2









1 mv2 qU 2
可 得 :v 2qU m
以速度v垂直进入磁,场 洛仑兹力提供向心力

第1章 3 《带电粒子在匀强磁场中的运动》课件ppt

第1章 3 《带电粒子在匀强磁场中的运动》课件ppt
k
则判知粒子应带负电,故选 B。
答案 B
例2 (多选)(2020天津卷)如图所示,在Oxy平面的第一象限内存在方向垂直
纸面向里,磁感应强度大小为B的匀强磁场。一带电粒子从y轴上的M点射
入磁场,速度方向与y轴正方向的夹角θ=45°。粒子经过磁场偏转后在N点
(图中未画出)垂直穿过x轴。已知OM=a,粒子电荷量为q,质量为m,重力不
2
2
qvB=m ,联立解得 v= ,B 错误。
答案 AD
变式训练 2两相邻匀强磁场区域的磁感应强度大小不同、方向平行。一
速度方向与磁感应强度方向垂直的带电粒子(不计重力),从较强磁场区域
进入较弱磁场区域后,粒子的(
A.轨道半径减小,角速度增大
B.轨道半径减小,角速度减小
C.轨道半径增大,角速度增大
线MN为理想边界。现有一个质量为m、电荷量为e的电子以垂直于边界
MN的速度v由P点沿垂直于磁场的方向射入磁感应强度为B1的匀强磁场中,
其运动轨迹为图中虚线所示的心形图线,以下说法正确的是(
A.电子的运动轨迹为P→D→M→C→N→E→P

B.电子运动一周回到 P 点所用的时间 T=
1
C.B1=4B2
)
解析 当粒子垂直射入匀强磁场中时,粒子才做匀速圆周运动。
答案 ×
(2)带电粒子在磁场中运动的速度越大,则周期越大。(
解析 由T=
答案 ×
)

可知,带电粒子在磁场中的运动周期与粒子速度无关。
(3)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径与粒子的质量和速度无
关。(
)
解析 根据半径公式r=

2
1
2
1

36带电粒子在匀强磁场中的运动共33张PPT

36带电粒子在匀强磁场中的运动共33张PPT

KETANG HEZUO TANJIU
当堂检测
2.回旋加速器两端所加的交流电压的周期由什么决定?
答案: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。交流电压的周期必须等于带电粒子在回旋加速器中做匀速圆周
2m
。因此,交流电压的周期由带电粒子的质量
qB
运动的周期即 T=
m、带
电荷量 q 和加速器中的磁场的磁感应强度 B 来决定。
方向进入电场中加速。
第18页/共33页
问题导学
课前预习导学
课堂合作探究
KEQIAN YUXI DAOXUE
KETANG HEZUO TANJIU
当堂检测
(2)电场的作用
回旋加速器两个半圆形金属盒之间的缝隙区域存在周期性变化的
并且垂直于两金属盒正对截面的匀强电场,带电粒子经过该区域时被
加速。
(3)交变电压的周期
线的夹角(弦切角 θ)的 2 倍。如图所示,即 φ=α=2θ。
②相对的弦切角 θ 相等,与相邻的弦切角 θ'互补,即 θ+θ'=180°。
第7页/共33页
问题导学
课前预习导学
课堂合作探究
KEQIAN YUXI DAOXUE
KETANG HEZUO TANJIU
当堂检测
(3)粒子在磁场中运动时间的确定
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KEQIAN YUXI DAOXUE
KETANG HEZUO TANJIU
预习导引
1.带电粒子在匀强磁场中的运动
(1)只考虑磁场作用力时,平行射入匀强磁场中的带电粒子,做匀速
直线运动。
(2)垂直射入匀强磁场中的带电粒子,在洛伦兹力的作用下做匀速

带电粒子在匀强磁场中的运动精选PPT课件

带电粒子在匀强磁场中的运动精选PPT课件
1879年美国物理学家霍耳发现,在导体(半导体)上 通以电流并把它放在磁场中,如果磁场与电流的方向相 垂直,则在磁场的作用下,载流子(电子或空穴)的运 动方向发生偏转,在垂直于电流和磁场的方向上就会形 成电荷积累,出现电势差的现象.人们将这个电压叫做 霍耳电压,产生这种现象被称为霍耳效应,利用霍尔效 应制成的元件叫霍尔元件。
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
5
周运动,其向心力就是洛伦兹力
一、带电粒子在匀强磁场中的运动
思考与讨论: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
的强度B的关系表达式 1)圆周运动的半径 qvB m v2
2R
经历时间 t T
360
θ θ/2
注意:★充分利用对称性解题, 由于对称性,对着圆心射入,则背离圆心射出。
11
二、质谱仪
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.
三、回旋加速器
(5)当粒子加速到接近光速时,回旋加速 粒子就不可能了,质量随速率增加而显著增大, 频率不再一致。
(6)新型加速器: 同步加速器, 电子感应加速器, 高能粒子加速器-正负电子对撞机
17
四、霍尔效应
在轿车电路上经常可以看到“霍耳”(Hall)这个名 称,例如桑塔纳2000点火系统就有一只霍尔传感器,
轨迹 平面
速度 大小
速度 方向
与磁场 垂直
不变

带电粒子在匀强磁场中的运动ppt

带电粒子在匀强磁场中的运动ppt

01
在匀强磁场中,带电粒子受到洛伦兹力作用,其方向垂直于速度方向和磁场方向。
电磁场问题
电荷在磁场中的受力
02
电荷在磁场中受到洛伦兹力作用,其大小与电荷量成正比,与速度大小成正比,与磁感应强度成正比。
电磁场对带电粒子的作用
03
电磁场对带电粒子的作用取决于电磁场的性质和强度,以及带电粒子的电荷、质量和速度。
实验设计问题
07
带电粒子在匀强磁场中的运动研究前沿
带电粒子在匀强磁场中的运动受到洛伦兹力作用,理论模型基于经典力学和电磁学原理进行构建。目前,该理论模型已得到广泛应用和验证。
理论模型的建立与完善
针对带电粒子在匀强磁场中的运动特性,研究者们运用数值模拟方法对不同参数条件下粒子的运动轨迹进行模拟,并不断优化算法以提高计算效率和精度。
电磁流量计
磁谱仪
磁谱仪广泛应用于粒子物理学、原子核物理学等领域,用于研究带电粒子的质量和电荷比等基本性质。
磁谱仪的基本结构包括磁极、真空系统和探测器等部分,其工作原理是利用磁场对带电粒子的洛伦兹力作用来分离不同质量的粒子。
磁谱仪是一种测量带电粒子在磁场中的运动规律和性质的仪器。
01
核磁共振是一种利用磁场和射频波对原子核进行激发并检测其信号的方法,可以用来研究分子结构和化学反应等。
带电粒子在匀强磁场中的运动特性研究对相关技术应用的发展也有重要价值,如粒子加速器、质谱仪、电子显微镜等设备的优化与创新。
研究价值
THANK YOU.
谢谢您的观看
速度方向
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。
圆周运动
运动
洛伦兹力
带电粒子在磁场中受到的力称为洛伦兹力,其大小和方向与磁场强度和粒子电荷有关。

高中物理人教版《带电粒子在匀强磁场中的运动》PPT专家课件

垂直于B方向上:匀速圆周运动 平行于B方向上:匀速直线运动
等距螺旋运动
h R
Z I
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一、带电粒子在匀强磁场中的运动
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α
速度偏转角=等于回旋角
= 2倍弦切角
θθ
θ
θθ
θ 在磁场中的运动时间
θθ
偏转角:速度转过的角度
t
2
T
回旋角:转过的圆弧所对圆心角
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三、带电粒子在有界匀强磁场中的运动 【名校课堂】获奖PPT-高中物理人教版《带电粒子在匀强磁场中的运动》PPT专家课件(最新版本)推荐
小结:带电粒子在无界匀强磁场中的运动
在 只 有 洛 仑 兹 力 的 作 用 下
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V//B
F洛=0
匀速直线运动
V⊥B F洛=Bqv
匀速圆周运动
R mV qB
T 2 m
qB
v与B成θ角 F洛=Bqv⊥ =B⊥qv (0<θ<90°)
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典型例题
练习:1.如下图所示,在真空中,水平导线 中有恒定电流I通过,导线的正下方有一质子 初速度方向与电流方向相同,则质子可能的运 动情况是( )
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