带电粒子在匀强磁场中的运动公开课优秀课件
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带电粒子在匀强磁场中的运动 课件
(2)电场的作用：回旋加速器两个 D 形盒之间的窄缝 区域存在周期性变化的并垂直于两 D 形盒正对截面的匀 强电场，带电粒子经过该区域时被加速．
(3)交变电压：为保证带电粒子每次经过窄缝时都被 加速，使之能量不断提高，需在窄缝两侧加上跟带电粒 子在 D 形盒中运动周期相同的交变电压．
2．带电粒子的最终能量． 当带粒子的速度最大时，其运动半径也最大，由 r＝ mqBv得 v＝qmBr，若 D 形盒半径为 R，则带电粒子的最终动 能 Ekm＝q22Bm2R2.可见，要提高加速粒子的最终能量，应尽 可能增大磁感应强度 B 和 D 形盒的半径 R.
知识点二 质谱仪和回旋加速器 提炼知识 1．质谱仪． (1)原理如图．
(2)加速：带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能 定理：
qU＝12mv2.①
(3)偏转：带电粒子进入质谱仪的偏转磁场，洛伦兹 力提供向心力：__q_v_B___＝mrv2.②
(4)由①②两式可以求出粒子的_运__动__半__径__r__、比荷mq 以及偏转磁场的_磁__感__应__强__度__B_等．
拓展一 有界磁场问题 什么是有界匀强磁场？ 提示：有界匀强磁场是指在题目规定的某一区域内有 匀强磁场．这是对问题条件的一种限制，说明磁场的范围 是有限的．于是，情境就可以在有无磁场中转换．增加了 题目的难度．
有界问题的处理： 1．轨迹的描绘和圆心的确定． (1)直线边界(进出磁场具有对称性，如图甲)．
强度为 B 的匀强磁场中：
(1)当 v∥B 时，带电粒子将做_匀__速__直__线__运__动__．
(2)当 v⊥B 时，带电粒子将做匀__速__圆__周__运___动__．
v2
①洛伦兹力提供向心力，即 qvB＝_m__r__．
36带电粒子在匀强磁场中的运动共33张PPT
KETANG HEZUO TANJIU
当堂检测
2.回旋加速器两端所加的交流电压的周期由什么决定?
答案:为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速,使之能量不断
提高。交流电压的周期必须等于带电粒子在回旋加速器中做匀速圆周
2m
。因此,交流电压的周期由带电粒子的质量
qB
运动的周期即 T=
m、带
电荷量 q 和加速器中的磁场的磁感应强度 B 来决定。
方向进入电场中加速。
第18页/共33页
问题导学
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课堂合作探究
KEQIAN YUXI DAOXUE
KETANG HEZUO TANJIU
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(2)电场的作用
回旋加速器两个半圆形金属盒之间的缝隙区域存在周期性变化的
并且垂直于两金属盒正对截面的匀强电场,带电粒子经过该区域时被
加速。
(3)交变电压的周期
线的夹角(弦切角 θ)的 2 倍。如图所示,即 φ=α=2θ。
②相对的弦切角 θ 相等,与相邻的弦切角 θ'互补,即 θ+θ'=180°。
第7页/共33页
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(3)粒子在磁场中运动时间的确定
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预习导引
1.带电粒子在匀强磁场中的运动
(1)只考虑磁场作用力时,平行射入匀强磁场中的带电粒子,做匀速
直线运动。
(2)垂直射入匀强磁场中的带电粒子,在洛伦兹力的作用下做匀速
最新带电粒子在匀强磁场中的运动1PPT课件
粒子的重力作用，已知OA=OC/2=OD/3，则这三束粒
子的速率之比
v︰1
v 2 ︰ v 3 =＿＿＿＿＿
电荷的匀强磁场中的三种运动形式
如运动电荷在匀强磁场中除洛仑兹力外其他力均忽略 不计（或均被平衡）
(1)当υ∥B时，所受洛仑兹力为零，做匀速直线运动；
(2)当υ⊥B时，所受洛仑兹力提供向心力，做匀速圆周运动； qvB=mv2/R R=mv/qB T=2πR/v=2πm/qB 在同一磁场中，不同的速度的运动粒子，其周期与速度无关， 只与其荷质比有关．
结束语
谢谢大家聆听！！！
28
• 图为电视机中显像管的偏转线圈示意图，它由绕在磁 环上的两个相同的线圈串联而成，线圈中通有方向如 图所示的电流，当电子束从纸里经磁环中心向纸外射 出时，它将：（ A ）
A．向上偏转 B．向下偏转 C．向左偏转 D．向右偏转
例题
• 截面为矩形的金属导体，放在图所示的磁场中，当导 体中通有图示方向电流时，导体上、下表面的电势、
带电粒子在磁场中运动 的多解问题
• 临界状态不唯一形成多解 带电粒子在洛仑兹力作用下飞越有界磁 场时，由于粒子的运动轨迹是圆弧状， 因此它可能穿过去了，也可能转过 180°从有界磁场的这边反向飞出，形 成多解
带电粒子在磁场中运动 的多解问题
• 运动的重复性形成多解 带电粒子在磁场中运动时，由于某些因 素的变化，例如磁场的方向反向或者速 度方向突然反向，往往运动具有反复性， 因而形成多解。
例题
• 如图所示，在y＜0的区域 内存在匀强磁场，磁场方 向垂直于xy平面并指向纸 面外，磁感强度为B.一带 正点电 射入的磁粒场子，以入速射度方v0从向O在 xy平面内，与x轴正向的 夹角为θ，若粒子射出磁场 的位置与O点的距离为l， 求该粒子的电量和质量之 比.
人教版高中物理《带电粒子在匀强磁场中的运动》优秀PPT课件
在有界磁场中的运动求解 1．圆心、半径及运动时间的确定
2．带电粒子在常见有界磁场中的运动轨迹 （适用于各种边界磁场） ①已知入射方向和出射方向时， 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，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图所示，A为入射 点，B为出射点)。 (2)平行边界(存在临界条件，如图) 速度的偏转角等于转过的圆弧对应的圆心角； 本部分主要内容：
可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(如图所示，图中A为入射点，B为出 射点)。
R2=(R-d) 2+L2 规律：粒子沿径向射入必沿径向射出。 (2)平行边界(存在临界条件，如图) 枣庄八中 高三物理 张长城
带电粒子 1．圆心、半径及运动时间的确定
(1)直线边界(进出磁场具有对称性，如图) 在研究带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，基本思路是：一找圆心，二求半径，三算时间。 速度的偏转角等于转过的圆弧对应的圆心角； 注意区别带电粒子在匀强电场中的类平抛运动的处理方法。 注意区别带电粒子在匀强电场中的类平抛运动的处理方法。 ①已知入射方向和出射方向时， （适用于各种边界磁场） 注意区别带电粒子在匀强电场中的类平抛运动的处理方法。 本部分主要内容：
R2=(R-d) 2+L2 速度的偏转角等于转过的圆弧对应的圆心角； 枣庄八中 高三物理 张长城 在研究带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，基本思路是：一找圆心，二求半径，三算时间。 枣庄八中 高三物理 张长城 注意区别带电粒子在匀强电场中的类平抛运动的处理方法。 规律：粒子沿径向射入必沿径向射出。 带电粒子进入一个有界磁场后的轨迹是一段圆弧，如何确定圆心是解决此类问题的前提，也是解题的关键。 速度的偏转角等于转过的圆弧对应的圆心角； ①已知入射方向和出射方向时， 速度的偏转角等于转过的圆弧对应的圆心角； 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，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图所示，A为入射 点，B为出射点)。
2．带电粒子在常见有界磁场中的运动轨迹 （适用于各种边界磁场） ①已知入射方向和出射方向时， 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，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图所示，A为入射 点，B为出射点)。 (2)平行边界(存在临界条件，如图) 速度的偏转角等于转过的圆弧对应的圆心角； 本部分主要内容：
可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(如图所示，图中A为入射点，B为出 射点)。
R2=(R-d) 2+L2 规律：粒子沿径向射入必沿径向射出。 (2)平行边界(存在临界条件，如图) 枣庄八中 高三物理 张长城
带电粒子 1．圆心、半径及运动时间的确定
(1)直线边界(进出磁场具有对称性，如图) 在研究带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，基本思路是：一找圆心，二求半径，三算时间。 速度的偏转角等于转过的圆弧对应的圆心角； 注意区别带电粒子在匀强电场中的类平抛运动的处理方法。 注意区别带电粒子在匀强电场中的类平抛运动的处理方法。 ①已知入射方向和出射方向时， （适用于各种边界磁场） 注意区别带电粒子在匀强电场中的类平抛运动的处理方法。 本部分主要内容：
R2=(R-d) 2+L2 速度的偏转角等于转过的圆弧对应的圆心角； 枣庄八中 高三物理 张长城 在研究带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，基本思路是：一找圆心，二求半径，三算时间。 枣庄八中 高三物理 张长城 注意区别带电粒子在匀强电场中的类平抛运动的处理方法。 规律：粒子沿径向射入必沿径向射出。 带电粒子进入一个有界磁场后的轨迹是一段圆弧，如何确定圆心是解决此类问题的前提，也是解题的关键。 速度的偏转角等于转过的圆弧对应的圆心角； ①已知入射方向和出射方向时， 速度的偏转角等于转过的圆弧对应的圆心角； 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，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图所示，A为入射 点，B为出射点)。
高中物理选修3-1：3.6带电粒子在匀强磁场中的运动 课件(共35张PPT)(优质推荐版)
4)保持磁感应强度不变,改变出射电子的速度, 观察电子束径迹的变化
实验演示
一、带电粒子在匀强磁场中的运动
实验结论:
1、不加磁场时，带电粒子做匀速直线运动 2、沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子, 在匀强磁场中做圆周运动 3、磁场强度不变,粒子射入的速度增加,轨道 半径也增大 4、粒子射入速度不变,磁场强度增大,轨道半 径减小
v
什么条件?
B
L
四、电磁流量计
如图所示,一圆形导管直径为d,用非磁性材 料制成,其中有可以导电的液体向左流动,导电液 体中的自由电荷(正负电荷)所受洛伦兹力的方向? 正负电荷在洛伦兹力作用下将如何偏转?a、b间 是否存在电势差?哪点的电势高?
当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时
a、b间的电势差就保持稳定.
找圆心、求半径、 算时间、议速度
【例题1】如图所示, 隔板ab上方有足够宽和高的匀 强磁场，磁感应强度为B。一个质量为m,电荷量为q的 正电粒子,从隔板ab上一个小孔P处与隔板成45°角，
垂直于磁感线射入匀强磁场区,粒子初速度大小为v,
则
(1)粒子经过多长时间再次到达隔板？
(2)到达点与P点相距多远？(不计粒子的重力)
m
v02 R
Rcos600Rd
v0
2eBd 3m
【例题3】圆形区域内存在垂直纸面的半径为R的匀强磁 场，磁感强度为B，现有一电量为q、质量为m的正离子 从a点沿圆形区域的直径射入，设正离子射出磁场区域 的方向与入射方向的夹角为600，求此离子在磁场区域 内飞行的时间及射出的位置。
O′
y
v
y
P(x y)
B
M
P
L
ON
二、质谱仪
实验演示
一、带电粒子在匀强磁场中的运动
实验结论:
1、不加磁场时，带电粒子做匀速直线运动 2、沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子, 在匀强磁场中做圆周运动 3、磁场强度不变,粒子射入的速度增加,轨道 半径也增大 4、粒子射入速度不变,磁场强度增大,轨道半 径减小
v
什么条件?
B
L
四、电磁流量计
如图所示,一圆形导管直径为d,用非磁性材 料制成,其中有可以导电的液体向左流动,导电液 体中的自由电荷(正负电荷)所受洛伦兹力的方向? 正负电荷在洛伦兹力作用下将如何偏转?a、b间 是否存在电势差?哪点的电势高?
当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时
a、b间的电势差就保持稳定.
找圆心、求半径、 算时间、议速度
【例题1】如图所示, 隔板ab上方有足够宽和高的匀 强磁场，磁感应强度为B。一个质量为m,电荷量为q的 正电粒子,从隔板ab上一个小孔P处与隔板成45°角，
垂直于磁感线射入匀强磁场区,粒子初速度大小为v,
则
(1)粒子经过多长时间再次到达隔板？
(2)到达点与P点相距多远？(不计粒子的重力)
m
v02 R
Rcos600Rd
v0
2eBd 3m
【例题3】圆形区域内存在垂直纸面的半径为R的匀强磁 场，磁感强度为B，现有一电量为q、质量为m的正离子 从a点沿圆形区域的直径射入，设正离子射出磁场区域 的方向与入射方向的夹角为600，求此离子在磁场区域 内飞行的时间及射出的位置。
O′
y
v
y
P(x y)
B
M
P
L
ON
二、质谱仪
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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
qvB
v2 m
r
mv
rቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
qB
可见半径不同 意味着比荷不同，
代入v可得：r 1 B
2mU q
意味着它们是不同 的粒子
这就是质谱仪的工作原理
阿斯顿
（汤姆生的学生）
一、质谱仪原理分析
1、质谱仪:是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具
2、工作原理将质量不等、电荷数相等的带电粒子经同一 电场加速再垂直进入同一匀强磁场，由于粒子质量不同， 引起轨迹半径不同而分开，进而分析某元素中所含同位素 的种类
质谱仪的两种装置
均可测定荷质比
⑴带电粒子质量m,电荷量q,由电压U加速后垂直进
入磁感应强度为B的匀强磁场,设轨道半径
A．粒子从a到b，带正电 B．粒子从a到b，带负电 C．粒子从b到a，带正电 D．粒子从b到a，带负电
通过气泡室显示的带电粒子在匀强磁场中的运动径迹
导学案：问题4质谱仪 • 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)粒子进入磁场时的速率？ • (4)粒子在磁场中运动的轨道半径？
利用磁场让粒子做圆周运动！
二、回旋加速器
以 正
V3
粒 子
V1
为 例
+ -
+ -
V1
-+ + V2
V2
1.结构
2.工作原理
以 正
V3
粒 子
V1
为 例
+ -
+ -
V1
-+ + V2
V2
例题
回旋加速器D形盒的半径为r，匀强磁场的磁感应 强度为B，一个质量为m，电荷量为q的粒子在加速电压 为U的加速器的中央从速度为零开始加速，根据回旋加 速器的这些数据计算： （1）交流电源的周期是？所加交变电压的频率。 （2）该粒子获得的最大速度，及最大动能。 （3）运动的总时间(不计粒子在间隙中间的运动时间)。
电子束的轨迹变化。 V越大、R越大
思考：
带电粒子在磁场中的运动：
匀速直线运动
匀速圆周运动
粒子运动方向与磁场有一夹角（大于0度小于90度）
轨迹为螺线
例1：一个带电粒子，沿垂直于磁场的方向 射入一匀强磁场．粒子的一段径迹如下图所 示．径迹上的每一小段都可近似看成圆 弧．由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子 的能量逐渐减小(带电量不变)．从图中情况 可以确定 C
B2
带电粒子在磁场中的运动
回旋加速器
世界上最大、能量最高的粒子加速器 ——欧洲大型强子对撞机
世界最大对撞机启动模拟宇宙大爆炸 中国参与研究
在瑞士和法国边
界地区的地底实验室内， 科学家们正式展开了被 外界形容为“末日实验” 的备受争议的计划。他 们启动了全球最大型的 强子对撞机(LHC)，把 粒子运行速度加快至接 近光速，并将互相撞击， 模拟宇宙初开“大爆炸” 后的情况。科学家希望 借这次实验，有助解开 宇宙间部分谜团。但有 人担心，这次实验或会 制造小型黑洞吞噬地球， 令末日论流言四起。
北京正负电子对撞机：撞出物质奥秘
大科学装置的存在和应用水 平，是一个国家科学技术发展的 具象。它如同一块巨大的磁铁， 能够集聚智慧，构成一个多学科 阵地。作为典型的大科学装置， 北京正负电子对撞机的重大改造 工程就是要再添磁力。
D形盒的半径越大，粒 子所能获得的速度越大
警示：对回旋加速器要切记以下三点：
①加速电场的周期必须等于回旋周期．
③粒子做匀速圆周运动的最大半径等于D 形盒半径．
③在粒子质量、电量确定的情况下，粒 子所能达到的最大动能只与加速的半径R和磁 感应强度B有关，与加速电压U无关．
想一想：有些同学认为“加速电压U越大，每次加速时粒子获得的 动能越大，最后粒子飞出D形盒时的动能也越大．这种观点对吗?说 说你的观点．
带电粒子在匀强磁场中的运动公开课优秀 课件
知识回顾、带电粒子在匀强电场中的运动
匀加速直线运动
类平抛运动
v q
q v
F
受力分析——运动
一、带电粒子在匀强磁场中的运动
匀速直线运动
猜想：
v q
v q
二、带电粒子运动轨迹的半径
匀强磁场中带电粒子运动轨迹的半径与哪些因 素有关？
思路: 带电粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提
（二）实验论证：洛伦兹力演示器
励磁线圈
加速电压 选择挡
电子 枪 磁场强弱选择挡
演示实验：
• 1、不加磁场时，观察电子束的轨迹； 匀速直线运动 • 2、给线圈通电，观察电子束的轨迹； 匀速圆周运动 • 3、保持初射速度V不变，改变磁感应强度B的大小，观察
电子束的轨迹变化； B越大、R越小 • 4、保持磁感应强度B不变，改变初射速度V的大小，观察
为r,则有：
qU
1
mv2
q 2 2U
可得
m B2r2
m v2 qvB
r
MN U O B
⑵带电粒子质量m,电荷量q,以速度v穿过速度选择
器(电场强度E，磁感应强度B1),垂直进入磁感应强
度q为EB=q2的vB匀1 q强q磁vB场2E.设mr轨v2道半径为rM,则有N ：E
B1
可得：
m B1B1r