陜西省藍(lán)田縣高中物理 第三章 磁場 3.6 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)課件 新人教版選修3-1.ppt

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1、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場 中的運(yùn)動(dòng),3.6,復(fù)習(xí),1、洛倫茲力的概念：運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的作用力。 通電導(dǎo)線在磁場中所受到的安培力是大量運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。 2、洛倫茲力的方向由左手定則判定 1、正電荷的運(yùn)動(dòng)方向與電流方向相同，負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)方向與電流方向相反。 2、洛倫茲力垂直于與所在的平面,問題：判斷下圖中帶電粒子（電量q，重力不計(jì)）所受洛倫茲力的大小和方向：,1、勻速直線運(yùn)動(dòng)。,,F=qvB,F=0,2、,?,,帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)（重力不計(jì)）,猜想：,勻速圓周運(yùn)動(dòng)。,,洛侖茲力對電荷只起向心力的作用，故只在洛侖茲力的作用下，電荷將作勻速圓周運(yùn)動(dòng)。,理論探究,洛倫茲力總與速度

2、方向垂直，不改變帶電粒子的速度大小，所以洛倫茲力不對帶電粒子做功。,由于粒子速度的大小不變，所以洛倫茲力大小也不改變，加之洛倫茲力總與速度方向垂直，正好起到了向心力的作用。,勻強(qiáng)磁場中帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑與哪些因素有關(guān)？,,可見r與速度V、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、粒子的比荷有關(guān),周期T與運(yùn)動(dòng)速度及運(yùn)動(dòng)半徑無關(guān),3.當(dāng)v與B成角時(shí)（00< <900） F洛=qvBsin 軌跡為等距螺線,1.F洛=qvB ( vB） 圓周運(yùn)動(dòng),2.F洛= 0 ( vB） 勻速運(yùn)動(dòng),“氣泡室”照片,1.不同帶電粒子的徑跡半徑為什么不一樣？ 2.同一條徑跡上為什么曲率半徑會(huì)越來越小呢？,1.質(zhì)譜儀,通過測出粒子

3、圓周運(yùn)動(dòng)的半徑，計(jì)算粒子的比荷或質(zhì)量及分析同位素的儀器.,二、洛倫茲力與現(xiàn)代科技,（1）.質(zhì)譜儀的構(gòu)造,帶電粒子注入器 加速電場（U） 速度選擇器 （E, B1） 偏轉(zhuǎn)磁場（B2） 照相底片,（2）.質(zhì)譜儀工作原理,例 1： 一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子，從容器A下方的小孔S1飄入電勢差為U的加速電場，其初速度幾乎為零，然后經(jīng)過S3沿著與磁場垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，最后打到照相底片D上。 （1）求粒子進(jìn)入磁場時(shí)的速率。 （2）求粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2.直線加速器,粒子在每個(gè)加速電場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等，因?yàn)榻蛔冸妷旱淖兓?/p>

4、期相同,人類對速度的渴望從未停止過，經(jīng)過前輩們的不懈研究探索，光速幸運(yùn)地成為了我們世界的極限速度。但單就目前人類的科技水平，想要在宏觀世界中接近或達(dá)到光速就好比是天方夜譚。不過在微觀世界中，由于回旋加速器的出現(xiàn)，粒子已經(jīng)能被加速到很高的速度。因此，回旋加速器被廣泛應(yīng)用于科研、醫(yī)療等諸多方面；且隨著人們需求的增加，可以加速多種粒子的加速器也應(yīng)運(yùn)而生。,超靈敏小型回旋加速器,3、回旋加速器,回旋加速器,回旋加速器,兩D形盒中有勻強(qiáng)磁場無電場，盒間縫隙有交變電場。,電場使粒子加速，磁場使粒子回旋。,粒子回旋的周期不隨半徑改變。讓電場方向變化的周期與粒子回旋的周期一致，從而保證粒子始終被加速。,在磁場

5、中做圓周運(yùn)動(dòng),周期不變 每一個(gè)周期加速兩次 電場的周期與粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)周期相同 電場一個(gè)周期中方向變化兩次 粒子加速的最大速度由盒的半徑?jīng)Q定 電場加速過程中,時(shí)間極短,可忽略,結(jié)論,例2：回旋加速器中磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，D形盒的直徑為d，用該回旋加速器加速質(zhì)量為m、電量為q的粒子，設(shè)粒子加速前的初速度為零。求：,（1） 粒子的回轉(zhuǎn)周期是多大？,（2）高頻電極的周期為多大？,（3） 粒子的最大速度最大動(dòng)能各是多大？,（4） 粒子在同一個(gè)D形盒中相鄰兩條軌道半徑之比,解析:(3)根據(jù)r= ， 粒子離開加速器時(shí)的速度v= ， 粒子離開加速器時(shí)獲得的動(dòng)能 Ek= mv2=,(4),