吉林省长春五中高中物理第三章第6节《带电粒子在匀强磁场中的运动》课件(选修3-1)

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?

人教版高中物理选修3-1：第三章 3.6带电粒子在匀强磁场中的运动课件12

第三章：磁场
§3.6 洛仑兹力与现代科技的应用
❖导
1、了解各种仪器的结构与作用。 2、熟练掌握各种仪器的工作原理。
❖思
1、速度选择器构造：相互垂直的电,磁场. 作用：只有速度大小V= E/B的粒子（不计粒子重力），能从速度选择器中出来。
思
1．质谱仪
加速电场、偏转磁场
(1)构造：如图所示，由粒子源、
❖议、展
例题：质量为m，带电量为q的带电粒子，刚进入两D形盒间隙时速度可忽略不计，D形盒间隙中加有电压为U的同步交变电压，能使带电粒子每经过D形盒的间隙就被加速一次，最后达到较大的动能后从外侧出口处出来。若D形盒的半径为R，垂直D形盒的匀强磁场磁感应强度为B，粒子所受重力忽略不计，粒子经过D形盒间隙的时间不计，求：（1）带电粒子出D型盒时的动能为多大？
和照
相底片等构成．
(2)原理：粒子由静止被加速电场加速，根据动能定理可得关系式qU＝12mv2.
粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周运动，
mv2 根据牛顿第二定律得关系式qvB＝ r .
由两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、粒子质量、比荷．
1 r＝ B
2mU
qr2B2
q ，m＝ 2U ，mq ＝
◆能通过,与粒子带电正负无关. 2.如果是正电荷从右侧射入能通过吗？
◆不能通过,与速度方向有关.
❖ 议、展
一个质量为m、电荷量为q的粒子，从容器A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。
。2021年3月14日星期日2021/3/142021/3/142021/3/14 ❖ 15、会当凌绝顶，一览众山小。2021年3月2021/3/142021/3/142021/3/143/14/2021 ❖ 16、如果一个人不知道他要驶向哪头，那么任何风都不是顺风。2021/3/142021/3/14March 14, 2021

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》

2θ
θ
θ
θ
L 2R sin , t 2m
Bq
3、已知粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R，周期为T，若入射方向与边界夹角为θ，求入射点与出射点之间的距离L及运动时间t
θ
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，求入射点与底片上像点间的距离L
qvB m v2 r
T 2r
v
r mv T 2m
Bq
Bq
变式训练：已知电子的质量m、带电量q、匀强磁场的磁感应强度B和加速电压U（忽略电子加速前的初速度），求电子做匀速圆周运动的半径r
v2 qvB m
r qU 1 mv2
2
r 1 2mU Bq
电子q=-1.6x10-19C、m=9x10-31kg
加速电压200V，求电子在匀强
磁场中运动的半径？
应用 R mv 解释实验现象
qB
荧光屏
螺旋线运动
? 荧光屏
磁约束
v
三、有界磁场问题 1、已知粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为 R，周期为T，求入射点与出射点之间的距离L 及运动时间t
L
L 2R,t 1 T 2
2、已知粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为 R，周期为T，若入射方向与边界夹角为θ，求入射v0 F=0
一、带电粒子在匀强磁场中的运动
2、带电粒子垂直射入匀强磁场
v
一、带电粒子在匀强磁场中的运动
2、带电粒子垂直射入匀强磁场
（1）F洛⊥v （2）v大小保持不变
（3）v方向始终改变 v

选修3-1第三章第6节带电粒子在匀强磁场中的运动

答案：AD
【触类旁通】 3．(双选)在回旋加速器中，下列说法不正确的是( BD ) A．电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋 B．电场和磁场同时用来加速带电粒子 C．在交流电压一定的条件下，回旋加速器的半径越大，同一带电粒子获得的动能越大 D．同一带电粒子获得的最大动能只与交流电源的电压大小有关，而与交流电源的频率无关
2 mU2 所以 U1＝2qB2d2. 1
(3)粒子在 B2 中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有 v2 qvB2＝m R
mU2 所以 R＝ B d . qB1 2
知识点 3
回旋加速器
回旋加速器是利用磁场使带电粒子做回旋运动，在运动中经高频电场反复加速的装置．
图 3－6－8
讨论： (1)回旋加速器的核心部分是放置在磁场中的两个 D 形的金粒子源属扁盒( 如图 3 －6 －8 所示)，其基本组成为：①________ ，两个 D 形金属盒匀强磁场高频电源 ②___________________，③_____________，④___________，粒子引出装置 ⑤__________________.
D．A 带负电，B 带正电，qA ＝2qB
图 3－6－4
解析：粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，洛伦兹力提供向心力，一定指向圆心，由左手定则可判断，A 带正电，B mv 带负电；由 R＝，mA＝mB，vA＝vB，可得 qA∶qB＝RB∶RA Bq ＝2∶1，即 qA＝2qB，B 正确．答案：B
6
带电粒子在匀强磁场中的运动
1．带电粒子在匀强磁场中的运动
大小 (1)洛伦兹力不改变带电粒子速度的________，或者说，洛做功伦兹力不对带电粒子________．

高中物理第三章磁场6带电粒子在匀强磁场中的运动课件新人教版选修3_1

备用习题
1. 处于匀强磁场中的一个带电粒子仅在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动．将该粒子的运动等效为环形电流，那么此电流值( ) A．与粒子电荷量成正比 B．与粒子速率成正比 C．与粒子质量成正比 D．与磁感应强度的大小成正比
备用习题
[答案] D
[解析] 由电流概念知，该电流是通过圆周上某一个位置(即某一截面)的电荷量与所用时间的比值．若时间为带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期 T，则公式 I＝Tq中的电荷量 q 即为该带电粒子的电荷量．又 T＝2qπBm，解得 I＝2qπ2Bm，选项 D 正确．
学习互动
例3 如图3-6-6所示,MN和PQ两板平行且板间存在垂直纸面向里的匀强磁场,两板间距离及两板长均为d.一带正电的质子从MN 板的正中间O点以速度v0垂直射入磁场,为使质子能射出两板间,试求磁感应强度B的取值范围.(已知质子所带电荷量为e,质量为m)
图3-6-6
学习互动
[答案]
4�� 0 5��
新课导入
【导入二】磁流体发电、质谱仪、电磁流量计、正负电子对撞机、回旋加速器、电子显微镜等等科技应用，都离不开带电粒子在磁场中的运动．今天我们就开始探究带电粒子在磁场中运动的规律.
知识必备
知识点一带电粒子在匀强磁场中运动
1.若 v∥B,带电粒子以速度 v 做匀速直线运动.(此情况下洛伦兹力 F=0)
2.若 v⊥B,带电粒子在垂直于磁感线的平面内以入射速度 v 做匀速圆周运动.
(1)向心力由
洛伦兹力提供,即
��
qBv=m��2.
(2)轨道半径:R= �� .

【金版教程】2014年高中物理第三章《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

所以，沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动． v2 公式：qvB＝m r 2πm 周期：T＝ qB mv 半径：r＝ qB .
判一判动．( )
(1)带电粒子进入磁场后，一定做匀速圆周运
(2)洛伦兹力的作用是既改变了速度的方向，也改变了速度的大小．( )
角)θ的2倍，即α＝2θ，如图所示．
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．
典题研析例1 已知氢核与氦核的质量之比m1∶m2＝1∶4，电荷量之比q1∶q2＝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＝________. [思路点拨] 粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，一般情况
(2)找圆心：在画出粒子在磁场中的运动轨迹的基础上，找出圆心的位置，圆心一定在与速度方向垂直的直线上，找圆心通常有两种方法：①已知入射方向和出射方向时，过入射点和出射点分别作入射方向和出射方向的垂线，其交点就是圆心，如图甲；②已知入射方向和出射点的位置时，利用圆上弦的中垂线必过圆心的特点找圆心．通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线．这两条垂线的交点就是偏转圆弧的圆心，如图乙．
mv 2πm qB ，轨道半径为r＝ qB .
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 q2B2R2 电粒子最终获得的动能为Ek＝ . 2m
01课前自主学习
一、带电粒子在匀强磁场中的运动 1. 洛伦兹力演示仪电子枪能产生电子束，玻璃泡内的稀薄气体能显示

高中物理第三章第6节带电粒子在匀强磁场中的运动课件1高二选修31物理课件

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[解析] (1)作出粒子轨迹，如图所示，由图可知粒子由O到P的大圆弧所对的圆心角为300°，则Tt ＝330600°°
周期T＝65t＝65×1.5×10－6 s＝1.8×10－6 s。 (2)由于粒子做圆周运动所需的向心力为洛伦兹力，得Bqv ＝mRv2，所以 B＝mqRv＝mq ω＝2qπTm＝22.×0×3.1104－×9×1.18.×8×101－01－66 T＝0.314 T。
n 2
T＝
nπm qB
(n是粒子被加速次数)，总
时间为t＝t1＋t2，因为t1≪t2，一般认为在盒内的时间近似等于t2。
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[典例] 有一回旋加速器，其匀强磁场的磁感应强度为 B，所加速的带电粒子质量为m，带电量为q。
(1)求回旋加速器所加高频交流电压的周期T的表达式。 (2)如果D形盒半圆周的最大半径R＝0.6 m，用它来加速质子，能把质子(质量m＝1.67×10－27 kg，电量q＝1.6×10－19 C) 从静止加速到具有4.0×107 eV的能量，求所需匀强磁场的磁感应强度B。
(3)粒子经回旋加速器加速后，最终获得的动能与交变电压大小有无关系？提示：无关，仅与盒半径有关。
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带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动
1．带电粒子垂直进入匀强磁场中，只受洛伦兹力，由其
提供向心力做匀速圆周运动，运动半径r＝
mv qB
，运动周期T＝
2πm qB
，除了半径和周期外，我们有时还分析粒子运动的速度、
时间等问题。
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吉林省长春五中高中物理 第三章 第6节《带电粒子在匀强磁场中的运动》课件(选修3-1)

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)

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