高中物理 带电粒子在匀强磁场中的运动课件 新人教版选修3.ppt

6.带电粒子在匀强磁场中的运动1、定义：磁场对运动电荷的作用力.安培力是洛伦兹力的宏观表现.2、方向：左手定则.F⊥VF⊥B3、大小：F洛=qVBsinθV⊥BF洛=qVBV∥BF洛=04、特点：洛伦兹力只改变速度的方向;洛伦兹力对运动电荷不做功.一、带电粒子在匀强磁场中的运动励磁线圈①不加磁场时观察电子束的径迹①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解释：在没有磁场作用时，电子的径迹是直线；当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时，电子受到垂直于速度方向的洛伦兹力的作用，洛伦兹力只能改变速度的方向，不能改变速度的大小。因此，洛伦兹力对粒子不做功，不能改变粒子的能量。洛伦兹力对带电粒子的作用正好起到了向心力的作用。所以，当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。问题:带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，其轨道半径r和周期T为多大呢？一带电量为q，质量为m，速度为v的带电粒子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其半径r和周期T为多大？如图3.6-2所示。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1：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)若粒子沿一半圆运动打到底片D上，S3距离D多远？（3）由动能定理知，粒子在电场中得到的动能等于电场对它所做的功，即由此可得v=.粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为r=mv/qB=A、可以求出带电粒子的荷质比3）质谱仪最初是由汤姆生的学生阿斯顿设计.4.回旋加速器：1、结构：①两个D形盒及两个大磁极②D形盒间的窄缝③高频交流电2、原理1.回旋加速器是利用电场对电荷的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子的装置.问题1：要使粒子每次经过电场都被加速，应在电极上加一个电压。问题2：回旋加速器加速的带电粒子的最终能量由哪些因素决定?问题3：已知D形盒的直径为D，匀强磁场的磁感应强度为B，交变电压的电压为U，求：从出口射出时，粒子的速度v=?问题4：已知D形盒的直径为D，匀强磁场的磁感应强度为B，交变电压的电压为U，求:(1)从出口射出时，粒子的动能Ek=?(2)要增大粒子的最大动能可采取哪些措施?问题5：D越大，EK越大，是不是只要D不断增大，EK就可以无限制增大呢?例1：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C、只有电场能对带电粒子起加速作用D、磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做匀速圆周运动例2．已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感应强度B=1.5T，D形盒的半径为R=60cm，两盒间电压u=2×104V，今将α粒子从近于间隙中心某处向D形盒内近似等于零的初速度，垂直于半径的方向射入，求：粒子在D形盒中运动的最大半径为R则R=mvm/qBvm=RqB/m则其最大动能为Ekm=粒子被加速的次数为n=Ekm/qu=B2qR2/2mu则粒子在加速器内运行的总时间为：t=n=4.3×10-5s5、电磁流量计其等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集到两极板上，在两极板上产生电势差.小结:（1）理解洛伦兹力对粒子不做功；（2）理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动；（3）会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，知道它们与哪些因素有关；（4）了解回旋加速器的工作原理。