高中物理人教版选修3-1课件：3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动

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2.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动问题的处理方法 在研究带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动规律时,着重把握 “一找圆心,二找半径,三找周期或时间”的方法。 (1)圆心和半径的确定:带电粒子进入一个有界磁场后的轨道是一 段圆弧,如何确定圆心是解决问题的前提,也是解题的关键。首先, 应有一个最基本的思路:即圆心一定在与速度方向垂直的直线上。 在实际问题中圆心位置的确定,通常有两个方法:①已知入射方 向和出射方向时,可以通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出 射方向的直线,两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图甲所示, 图中P为入射点,M为出射点)。②已知入射方向和出射点的位置时, 可以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,这两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图乙所示,P为入 射点,M为出射点)。
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二、质谱仪(见课本第100页) 1.质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具,其原理 示意图如图所示。
2.工作机理 1 2 qU= mv 。 (1)带电粒子进入质谱仪的加速电场,由动能定理得 2 (2)带电粒子进入质谱仪的偏转磁场,洛伦兹力提供向心力,则有
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一、带电粒子在匀强磁场中的运动(见课本第99页) 1.运动形式 (1)匀速直线运动:带电粒子的速度方向与磁场方向平行(相同或相 反),此时带电粒子所受洛伦兹力为零,粒子将以速度v做匀速直线运 动。 (2)匀速圆周运动:带电粒子垂直射入匀强磁场,只受洛伦兹力作用, 由于洛伦兹力始终和运动方向垂直,因此,带电粒子的速度大小不 变,但是速度方向不断在变化,所以带电粒子做匀速圆周运动,洛伦 兹力提供粒子做匀速圆周运动的向心力。 2.轨迹半径和周期
(3)由以上两式可以求出粒子做圆周运动的半径、粒子的比荷、粒 子的质量等。
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������������2 qvB= 。 ������
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三、回旋加速器(见课本第101页)
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探究一带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动 同一种带电粒子以不同的速度垂直射入匀强磁场,只受洛伦兹力 作用,其运动轨迹如图所示,观察图片,请思考:
1.结构原理图:如图所示。回旋加速器的核心部件是半圆金属盒。 2.工作机理 (1)粒子每经过一次加速,其轨道半径就变大,粒子做圆周运动的周 期不变。 ������������2 1 ������2 ������2 ������ 2 (2)由 qvB= ������ 和 Ek=2mv 得 Ek = 2������ ,即粒子在回旋加速器中 获得的最大动能与q、m、B、R有关,与加速电压无关。
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(多选)运动电荷进入磁场后(无其他外力作用)可能做 ( ) A.匀速圆周运动 B.匀速直线运动 C.匀加速直线运动 D.平抛运动 解析:当电荷垂直匀强磁场方向进入时做匀速圆周运动,当电荷 平行于匀强磁场方向进入时做匀速直线运动。 答案:AB
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1.做匀速圆周运动时的半径和周期 质量为m、电荷量为q、速率为v的带电粒子,在磁感应强度为B的 匀强磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,即
������������2 ������������ 2π������ 2π������ qvB= ,可得半径公式 r= 。 再由 T= 得周期公式 T= 。 ������ ������������ ������ ������������
由 F 向=F 洛得
������2 qvB=m ,所以有 ������
������������ 2π������ R= ,T= 。 ������������ ������������
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这三个轨迹都是圆吗?对应的粒子的速度大小相等吗?
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情景导入 思维导图 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,是高能物理中的重要仪器。
1930 年 E.O.劳伦斯提出其工作原理,他设 想用磁场使带电粒子沿圆弧形轨道旋转, 多 次反复地通过高频加速电场,直至达到高能 量。1931 年,他和他的学生利文斯顿一起, 研制了世界上第一台回旋加速器,这台加速 器的磁极直径只有 10 cm,加速电压为 2 kV,可加速氘离子达到 80 keV 的能量,如图 所示。这向人们证实了他们所提出的回旋 加速器原理的可行性,并获得 1939 年诺贝 尔物理学奖。