带电粒子在匀强磁场中的运动(获奖公开课)
带电粒子在匀强磁场中的运动公开课优秀课件
例 2、匀强磁场中，有两个电子分别以速率v和2v沿垂 直于磁场方向运动，哪个电子先回到原来的出发点？
. v . - e . . T=2πm/eB
运动周期和电子的速率无关
.
.
.
.两个电子同时回到原来的出发点
2v - e
两个电子轨道半径如何？
. .
. .
. .
. B.
r mv v eB
轨道半径与粒子射入的速度成正比
这项实验在深入地底100米、长达27 公里的环型隧道内进行。
一、直线加速器
1.单极加速器
+
U
-
带电粒子初速度为0，将
+q
其加速到具有30MeV能
量，需要多大的电压？
qu 1 mv2 2
2.多级直线加速器
优点：各级电压独立，低压分级加速 缺点：级数太多，占用空间太大
斯坦福直线加速器中心鸟瞰图
1962年斯坦福直线加速器中心成立后， 开始建造2英里长的直线加速器和实验区
供向心力。
qvB m v2 r
r mv qB
可见r与速度V、磁感应强度B、粒子的比荷有关
三、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时周期
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动 时周期有何特征？
根据T 2r 结合r mv
v
qB
可知T 2m
qB
可见同一个粒子在匀强磁场中做匀速圆周 运动的周期与速度无关
在S1
S
间
2
，
电
场
力
做
功
获
得
能
1 mv2 qU 2
可 得 ：v 2qU m
以速度v垂直进入磁,场 洛仑兹力提供向心力
高二物理带电粒子在匀强电场中的运动省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件
y
ql 2uபைடு நூலகம்2mv02d
tan
qlu mv02d
例、如图示，带负电旳小球静止在水平放 置旳平行板电容器两板间，距离下板 0.8cm，两板间旳电势差为300v，假如 两板间电势差减小到60v，则带电小球运 动到极板上需多长时间？
d h
• 例、一束电子流，在u=500v旳电场作用 下取得一定速度后，在距两极板等距离 处垂直进入平行板间旳匀强电场，如图 示，若两板间距d=1.0cm，板长l=5.0cm， 那么，要使电子能从平行板间飞出，两 个极板上最多能加多大电压 ？
带电粒子在匀强电场中旳运动
一、带电粒子旳加速
• 1、运动学观点：
• 例：一质量为m、带电量为q旳粒子，以初 速度v0进入场强为E旳匀强电场，做匀加速 直线运动，不计重力，求粒子旳末速度v
• 2、能量观点：
v
v02
2uq m
二、带电粒子在匀强电场中旳偏 转
• 例：两极板间旳电压为u，距离为d，板长 为l，一质量为m、带电量为q旳粒子以初速 度v垂直进入此电场，设粒子能穿出电场， 试表达出粒子旳偏移量y及偏转角度
U
d
l
尺子
可恋战/"赵雨冷峻の面容壹凝,手中の龙胆亮银枪在冷风中嘶嘶作响,登时锋芒四绽.座下照夜玉麒麟长啸壹声,如壹道白色の旋风席卷而去."检测到赵雨进入奋战状态,武力+2,第壹重绝境龙胆发动,武力+2,基础武力99,目前武力上升至103,请宿主注意查看.""常山赵子龙在此/"见着越兮,赵雨大 喝壹声,手中亮银枪极尽变化.缭绕光华,宛若划破长空の惊鸿,撕裂天幕の闪电,光华夺目至极,朝越兮狂轰而来.越兮只觉壹股凉意扑面而来,急忙收回长戟,反身壹戟激荡开来,方才将赵雨那袭来の壹枪荡开.
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2.基本原理
将质量不等、电荷数相等带电粒子经同一电场加速再 垂直进入同一匀强磁场，因为粒子动量不同，引发轨迹半
径不同而分开，进而分析某元素中所含同位素种类.
第28页
3.半径推导
加速：qU 1 mv2 偏转：R mv 1 d
2
qB 2
R 1 d 1 2mU 2 Bq
第29页
六、回旋加速器
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3.关于带电粒子在匀强电场和匀强磁场中运动，下列说 法中正确是：( D) A.带电粒子沿电场线方向射入，电场力对带电粒子不做功， 粒子动能不变 B.带电粒子沿垂直电场线方向射入，电场力一定对带电粒子 做正功，粒子动能增长 C.带电粒子沿磁感线方向射入，磁场力对带电粒子做正功， 粒子动能一定增长 D.无论带电粒子如何射入磁场，磁场力对带电粒子都不做 功，粒子动能不变
（4）带电粒子最后能量
当带电粒子速度最大时，其在磁场中转动半径也最大，
由r=mv/qB知道v=qBr/m.
若D形盒半径为R时，带电粒子出射速度变为v=qBR/m.
因此，带电粒子最后动能为
Em
q2R2B2 . 2m
因此，要提升加速粒子最终能量，就应该尽也许加
大B强度和D形盒半径R.
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6 带电粒子在匀强磁场中运动
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1.理解洛伦兹力对粒子不做功. 2.理解带电粒子初速度方向与磁感应强度方向垂直时，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半径、周 期公式，知道它们与哪些原因相关. 4.理解回旋加速器.质谱仪工作原理.
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复习
1.你对洛伦兹力有哪些理解？ 大小：F＝qvBsinα（α是v与B间夹角） 方向：用左手定则判断 对运动电荷永不做功：由于F 始终垂直于v
高中物理学案-带电粒子在匀强磁场中的运动-公开课比赛一等奖
带电粒子在匀强磁场中的运动【学习目标】一、知识与技能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，并会用它们解答有关问题。
4．知道质谱仪的工作原理5．知道回旋加速器的基本构造及工作原理二、过程与方法1．通过带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的讨论过程，培养学生的分析综合能力2．通过半径公式和周期公式的推导过程，培养学生的理解能力和推理能力3．通过回旋加速器的教学过程，培养学生运用物理知识分析和解决实际问题的能力三、情感、态度与价值观1．通过讲述带电粒子在科技、生产与生活中的典型应用，培养学生热爱科学、致力于科学研究的价值观。
2．回旋加速器是一种高科技的实验设备，通过该问题的学习，培养学生的学习兴趣，开阔学生的视野。
【学习重难点】带电粒子在匀强磁场中的受力分析及运动径迹【学习过程】1．磁场的产生磁体、电流、变化的电场周围有磁场。
安培提出分子电流假说（又叫磁性起源假说），认为磁极的磁场和电流的磁场都是由电荷的运动产生的。
（但这并不等于说所有磁场都是由运动电荷产生的，因为麦克斯韦发现变化的电场也能产生磁场。
）2．磁场的基本性质：磁场对放入其中的磁极和电流有磁场力的作用（对磁极一定有力的作用；对电流只是可能有力的作用，当电流和磁感线平行时不受磁场力作用）。
这一点应该跟电场的基本性质相比较。
3．磁场方向：五种表述是等效的①磁场的方向②小磁针静止时N极指向③N极的受力方向④磁感线某点的切线方向⑤磁感应强度的方向4．磁感线地球磁场 通电直导线周围磁场 通电环行导线周围磁场 （1）用来形象地描述磁场中各点的磁场 强弱 和 方向 的曲线。
磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向，也就是在该点小磁针静止时N 极的指向。
磁感线的 疏密 表示磁场的强弱。
（2）磁感线是 封闭 曲线（和静电场的电场线不同）。
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训练二：氘核和α粒子，从静止开始 经相同电场加速后，垂直进入同一匀 强磁场作圆周运动.则这两个粒子的 (1)动能之比为多少? (2)轨道半径之比为多少? (3)周期之比为多少?
格雷塞尔气泡 室显示带电粒 子在匀强磁场 中的运动径迹 思考一：不同粒 子的轨迹半径为 什么不同？
思考二：同一轨 迹上曲率半径为 什么会什 么是直线？
问题二：加磁场时电子束的径迹为什么 是圆？
问题三：增大电压电子做圆周运动的轨 迹半径为什么变大？
问题四：增大磁感应强度电子做圆周运 动的轨迹半径为什么变小？
问题五：电子做匀速圆周运动的周期和 什么有关？
训练一：在同一匀强磁场中，有两个 电子分别以速率v和2v沿垂直于磁场 方向运动，哪个电子先回到原来的出 发点？两个电子轨迹半径什么关系？
根据 qvB=mv² 得，半径 r=mv/qB /r 根据 T=2πr/v 得，周期 T=2πm/qB
2、质谱仪：研究同位素
1、带电粒子垂直匀强磁场进入磁场中做匀速圆 周运动
根据 qvB=mv² 得，半径 r=mv/qB /r 根据 T=2πr/v 得，周期 T=2πm/qB
2、质谱仪：研究同位素
励磁线圈
电子 枪
电压 、电流选择挡
探究一：不加磁场时观察电子束的轨迹
1、预测： 2、结论：
探究二：加磁场时观察电子束的轨迹
1、预测： 2、结论：
探究三：增大电压时观察电子束的轨迹
1、预测： 2、结论：
探究四：增大磁感应强度观察电子束的轨迹
1、预测： 2、结论：
无磁场
有磁场
增加电压
增加磁感应强度
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0，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 （２）求粒子在磁场 中运动的轨道半径
阿斯顿
（汤姆生的学生）
1、带电粒子垂直匀强磁场进入磁场中做匀速圆 周运动