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)

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第六节 带电粒子在匀强磁场中的运动
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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
即F向=F洛=Bqv
/v_show/id_XNDA1MTQyNzY=.html
请推导半径和周期表达式。
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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。
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视频
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匀速圆周运动
运动半径:
(速度越大,半径越大)
运动周期:
(周期与速度和半径无关)
注意:本公式不能直接应用
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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。
质谱仪
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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。
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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。 ⑵求粒子在磁场中运动的轨道半径。
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F × × × B× ×
××××× ×××××
× × +× × v×
×××××
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3.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
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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。
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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

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

要点三 回旋加速器 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. 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.
答案:BD
题型 3
有关回旋加速器的分析计算
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)只有当带电粒子以垂直于磁场的方向射入匀强磁 场中时,带电粒子才能做匀速圆周运动,两个条件缺一不 可.
(2)垂直进入匀强磁场的带电粒子,它的初速度和所 受洛伦兹力的方向都在跟磁场垂直的平面内,没有任何作 用使粒子离开这个平面,所以粒子只能在这个平面内运 动.
要点二 质谱仪 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)
在偏转磁场中,有qvB2=mvr2,故轨道半径
r=Bm2vq=qmB2
2mqU=
2mU qB22
所以粒子质量m=q2BU22r2.
若粒子电荷量q也未知,通过质谱仪可求出该粒子的
比荷mq =B222Ur2.
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.

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]

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


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课件3.6《带电粒子在匀强磁场中运动》

人教版高中物理选修3-1课件3.6《带电粒子在匀强磁场中运动》

加利佛尼亚斯坦福大 学的粒子加速器
多级加速器
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 mvm qB
qBR vm m
粒子获得最大动能
高中物理课件
(金戈铁骑 整理制作)
带电粒子在匀强磁场中的运动
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?
【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。
• 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,则电
子将() B
I b
XXXXX
A.沿路径a运动,轨迹是圆
XXXX
v
B.沿路径a运动,轨迹半径越来越大 XXX
F
C.沿路径a运动,轨迹半径越来越小 a
D.沿路径b运动,轨迹半径越来越小 r mv qB
T

2p
v
r
T 2pm
qB
周期T跟圆半径r和速率v均无关.
课题研究:霍耳效应
通有电流I的金属或半导体板置于磁感强度为B的均匀磁场
中,磁场的方向和电流方向垂直如图,在金属板的上下侧
面间就产生电势差UH的现象称为霍耳效应(Halleffect)。UH
称为霍耳电势差。
实验测定,霍耳电势差的大小,和电流I及磁感强度B成正 比,而与板的厚度d成反比。即霍耳电势差其中:称为霍耳 系数,式中nq为载流子数密度和其电荷量,与材料性质有

高中物理选修3-1第三章第6节《带电粒子在匀强磁场中的运动》ppt课件

高中物理选修3-1第三章第6节《带电粒子在匀强磁场中的运动》ppt课件

出,动能是E,射出后 粒子的运动轨迹如图所示。
今测得它在金属片两边的轨道半径之比是10:9,若在
穿越板过程中粒子受到的阻力大小及电量恒定,则:
A

粒子每穿过一次金属片,速度减小了
1 10
2E m
B 、 粒子每穿过一次金属片,动能减小0.19E
C 、粒子穿过5次后陷在金属片里
D、 粒子穿过9次后陷在金属片里
E
B
例9.质量为m带电量为q的小球套在 竖直放置的绝缘杆上,球与杆间的 动摩擦因数为μ。匀强电场和匀强磁 场的方向如图所示,电场强度为E, 磁感应强度为B。小球由静止释放后 沿杆下滑。设杆足够长,电场和磁 场也足够大, 求 运动过程中小球的最 大加速度和最大速度。
若将磁场的方向反向,情况又如何?
完成《作业本》中有关内容
解:等离子体通过管道时,在洛伦兹力作用下,
正负离子分别偏向右、左两壁,由此产生的电 压构成U:回路,令qv气B 流q U其a进值出为管U时=的E=压B强av分,且别与为导p线1、 p2,则气流进出管时压力做功的功率分别为 p1Sv和p2Sv,其功率损失为:
p1Sv-p2Sv=ΔpSv 由能量守恒,此损失的功率等于回路的电功率,
P
Q
问题:粒子的运动出发点是那一点?
4.带电粒子在匀强磁场中运动的多解问题:
• 例5.如图所示,两块长为5d的金属板,相距
为d,水平放置,下板接地,两板间有垂直
纸面向里的匀强磁场,一束宽为d的电子束
从两板左侧垂直磁场方向射入两板间,设电
子质量为m,电量为e,入射速度为v0,要使 电子不会从两板间射出, 5d
圆形匀强磁场区域,磁场方向垂直于纸面,
粒子飞出磁场区域后,从b处穿过x轴,速度

人教版高中物理选修3—1带电粒子在匀强磁场中的运动(77张)-PPT优秀课件

人教版高中物理选修3—1带电粒子在匀强磁场中的运动(77张)-PPT优秀课件
垂直于B的平面内做匀速圆周运动。
等距螺旋
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
• 3、确定运动时间:
t
2
T
T 2m
注意:θ用弧度表示
qB
⑴粒子在磁场中运动的角度关系
──偏向角
──弦切角
──圆心角
角度关系:
2
⑵粒子进入有界磁场的特点
(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
2、实验验证
洛伦兹力演示仪
• 工作原理: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。
两个平行的通电环形线圈可产生沿轴线方向的匀强磁场
• 1.下图是洛伦兹力演示仪,由图(a)、(b)可知:
无磁场
有磁场
实验现象:在暗室中可以清楚地看到,在没有磁场作用 时,电子的轨迹是直线;在管外加上垂直初速度方向的匀强
磁场,电子的轨迹变弯曲成圆形。
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,电子的径迹变弯曲成圆形。
-
v
B
匀速直线运动
×××B××
××××× ×××××
××+××v×
×××××
(1)v ⊥ B时 ,洛伦兹力的方向与速度方向
的—关—系垂直
(2)带电粒子仅在洛伦兹力的作用下,粒 子的速率变化吗?能量呢?
(3)洛伦兹力的方向如何变化?

高中物理(人教版)选修31教学课件:第三章-6-带电粒子在匀强磁场中的运动可编辑全文

高中物理(人教版)选修31教学课件:第三章-6-带电粒子在匀强磁场中的运动可编辑全文

(3)粒子在磁场中运动时间的确定
①利用回旋角 α(圆心角)计算运动时间,粒子在磁场中运动一周
的时间为 T,则粒子运动的圆弧所对应的圆心角为 α 时,其运动时间

t=
T。
360°
②当 v 一定时,在磁场中运动的时间
长。

t= ,l

为带电粒子通过的弧
典题例解
【例 1】
如图所示,直线 MN 上方为磁感应强度为 B 的足够大的匀强磁
圆周运动最大轨道半径为 Rmax,其运动轨迹如图所示。问:
(1)所加交变电流频率应是多少?
(2)粒子离开加速器时速度为多大?最大动能为多少?
解析:(1)粒子在电场中运动时间极短,因此高频交变电流频率要

1
,交变电流频率 f=


符合粒子回旋频率,粒子运动的周期 T=
(2)设粒子的最大回旋速度为 vmax
一般应用动能定理求解。
(4)分阶段运动。
带电粒子可能依次通过几个不同情况的复合场区域,其运动情
况随区域发生变化,其运动过程由几种不同的运动阶段组成。此类问
题应该分段求解。
典题例解
【例 3】 质谱仪原理如图所示,a 为粒子加速器,电压为 U1;b 为
速度选择器,磁场与电场正交,磁感应强度为 B1,板间距离为 d;c 为偏
=1∶2,当氢核与氦核以 v1∶v2=4∶1 的速度垂直于磁场方向射入磁
场后,分别做匀速圆周运动,则氢核与氦核半径之比 r1∶r2=
,
周期之比 T1∶T2=

解析:带电粒子射入磁场后受洛伦兹力作用做匀速圆周运动,
所以洛伦兹力提供向心力,即
1 1
1
2
qvB=m ,得

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






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.

人教版物理选修3—1第三章 第六节 带电粒子在匀强磁场中的运动 课件


2.回旋加速器
两D形盒中有匀强磁场无电场,盒
间缝隙有交变电场。
电场使粒子加速,磁场使粒子回旋。
粒子回旋的周期不随半
径和粒子的速度大小而改变。
让电场方向变化的周期与粒
子回旋的周期一致,从而保 证粒子始终被加速。
几点说明:
(1)每在磁场中做圆周运动,周期 不变
(2)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 相同 (4)电场一个周期中方向变化 两次 (5)粒子加速的最大速度由 盒的半径, 磁感应强度和粒子的比荷 决定
回旋加速器就是根据这一特点设计的
3、带电粒子在有界匀强磁场中做匀速圆周运 动的运行时间
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.试求粒子在磁场 中运动的时间t.
解:若刚好从a 点射出,如图: O
r=mv1/qB=l/4 ∴ v1=qBl /4m 若刚好从b 点射出,如图: R2 = l 2 + ( R- l/2)2 R= 5l /4= mv2/qB ∴ v2=5qBl /4m 要想使粒子不打在极板上,
c
R- l/2
a
R
b v l d
l
∴ v0 < q B l / 4 m 或 v0 > 5 q B l / 4 m
五、临界问题
例:长为L的水平极板间,有垂直纸面向内的匀强磁场, 如图所示,磁感强度为B,板间距离也为L,板不带电, 现有质量为m,电量为q的带正电粒子(不计重力), 从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场, 欲使粒子不打在极板上,可采用的办法是: ( ) A.使粒子的速度 v<BqL/4m AB B.使粒子的速度v>5BqL/4m C.使粒子的速度v>BqL/m D.使粒子速度BqL/4m<v<5BqL/4m

2020人教版选修3-1第三章 第6节带电粒子在匀强磁场中的运动课件(31张)

物理 选修3-1 RJ
第三章 磁 场
解析:选 D 该束带电粒子在偏转磁场中向下偏转,磁场的 方向垂直纸面向外,根据左手定则知,该粒子带正电,A 选项错 误;带电粒子在电磁场区域,所受的洛伦兹力方向竖直向上,电 场力的方向竖直向下,可知电场强度的方向竖直向下,速度选择 器的 P1 极板带正电,B 选项错误;进入 B2 磁场中的粒子,洛伦 兹力提供向心力,qvB=mvr2,r=mqBv,速度一定,半径越大,比 荷mq 越小,但质量 m 不一定大,C 选项错误,D 选项正确.
物理 选修3-1 RJ
第三章 磁 场
解析:选 AC 根据题意,由于加速电场只在实线部分有, 则带电粒子运动一周,经过加速电场一次,故应该被加速一次, 故选项 A 正确,选项 D 错误;据图有:P1P2=R2-R1=mqBv2-mqBv1 =qmB(v2-v1)和 P3P2=R3-R2=mqBv3-mqBv2=qmB(v3-v2),由于带 电粒子经过加速电场时有:v22-v12=2ad,经过处理得到:(v2 -v1)(v1+v2)=2ad,同理有:(v3-v2)(v3+v2)=2ad,故 B 选项 错误;据 v=qBmR可知,带电粒子的最大速度由 D 形盒半径决定, 故 C 选项正确.
(1)带电粒子离开磁场时的速度多大?偏转角 多ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ?
(2)带电粒子在磁场中运动多长时间?射出磁场时偏离入射 方向的距离多大?
物理 选修3-1 RJ
第三章 磁 场
解析:(1)带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,速度大小不 变,故离开磁场时 v=3.2×106 m/s,
由题意得 R=mqBv=1.71×.6×101-027-×19×3.20×.17106 m=0.2 m. 由几何关系得 sin θ=RL=12,可得 θ=30°.

物理人教版选修3-1课件:第三章 6 带电粒子在匀强磁场中的运动


不等,则半径不一定相等,故 C 错误;若动能相等,粒子的质量不一定
相等,则周期不一定相等,故 D 错误。
答案:B
-11-
6
带电粒子在匀强磁场中的运动
必备知识
课前篇自主预习
课堂篇探究学习
自我检测
3.关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述,正确的是(
)
A.电场和磁场都对带电粒子起加速作用
B.电场和磁场是交替地对带电粒子做功的
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无关。
答案:×
(3)带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径与粒子的质量和速
度无关。 (
)

r=
解析:根据半径公式 可知,半径r与粒子的质量和速度有关。
答案:×
-8-
6
带电粒子在匀强磁场中的运动
必备知识
课前篇自主预习
课堂篇探究学习
自我检测
(4)利用质谱仪可以测定带电粒子的质量和分析同位素。 (

洛伦兹力的大小也不改变

正好起到向心力的作用
2.定量计算:由
2
qvB=m 可知


,所以

r=


T=
=
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