运动电荷在磁场中的运动.ppt

3.6带电粒子在 匀强磁场中的运动,教学目标,（一）知识与技能 1、知道什么是洛伦兹力.利用左手定则判断洛伦兹力的方向. 2、知道洛伦兹力大小的推理过程. 3、掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算. 4、了解v和B垂直时的洛伦兹力大小及方向判断.理解洛伦兹力对电荷不做功. 5、了解电视显像管的工作原理 （二）过程与方法 通过观察，形成洛伦兹力的概念，同时明确洛伦兹力与安培力的关系(微观与宏观)，洛伦兹力的方向也可以用左手定则判断。通过思考与讨论，推导出洛伦兹力的大小公式F=qvBsin。最后了解洛伦兹力的一个应用电视显像管中的磁偏转。,（三）情感态度与价值观 引导学生进一步学会观察、分析、推理，培养学生的科学思维和研究方法。让学生认真体会科学研究最基本的思维方法:“推理假设实验验证”。 二、重点与难点： 重点：1.利用左手定则会判断洛伦兹力的方向. 2.掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算. 这一节承上(安培力)启下(带电粒子在磁场中的运动)，是本章的重点 难点：1.洛伦兹力对带电粒子不做功. 2.洛伦兹力方向的判断. 三、教具：电子射线管、高压电源、磁铁、多媒体,复习：,1、洛伦兹力产生的条件？,2、洛伦兹力的大小和方向如何确定？,3、洛伦兹力有什么特点？,射入匀强磁场中的带电粒子将做怎样的运动呢？,思考：,一、带电粒子在匀强磁场中的运动,带电粒子平行射入匀强磁场的运动状态，？ （重力不计）,问题1：,问题2：,带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态？ （重力不计）,匀速直线运动,1、理论推导,（1） 时 ，洛伦兹力的方向与速度方向的关系,（2）带电粒子仅在洛伦兹力的作用下，粒子的速率变化么？能量呢？,（3）洛伦兹力的如何变化？,（4）从上面的分析，你认为垂直于匀强磁场方向射入的带电粒子，在匀强磁场中的运动状态如何？,垂直,一、带电粒子在匀强磁场中的运动,1、理论推导,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,问题3：,推导粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆半径r和运动周期T，与粒子的速度v和磁场的磁感应强度B的关系表达式,带电粒子将在垂直于磁场 的平面内做匀速圆周运动 。,1）、圆周运动的半径,2）、圆周运动的周期,2、实验验证,（1）洛伦兹力演示仪,励磁线圈（亥姆霍兹线圈）：作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈中心的连线的匀强磁场,加速电场：作用是改变电子束出射的速度,电子枪：射出电子,（2）实验演示,a、不加磁场时观察电子束的径迹,b、给励磁线圈通电，观察电子束的径迹,c、保持初射电子的速度不变，改变磁感应强度，观察电子束径迹的变化,d、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,（3）实验结论,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。,磁场强度不变，粒子射入的速度增加，轨道半径也增大。,粒子射入速度不变，磁场强度增大，轨道半径减小。,通过格雷塞尔气泡室显示的带电粒子在匀强磁场中的运动径迹,例题：一个质量为m、电荷量为q的粒子，从容器下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，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（如图） （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。,（一）、质谱仪,测量带电粒子的质量或比荷,分析同位素,二、实际应用,1直线加速器,（二）、回旋加速器,1、作用：产生高速运动的粒子,2、原理,1）、两D形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙有交变电场。,2）、交变电场的周期等于粒子做匀速圆周运动的周期。,3）、粒子最后出加速器的速度大小由盒的半径决定。,已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感应强度大小为B，D形盒的半径为r.今将质量为m、电量为q的质子从间隙中心处由静止释放，求粒子在加速器内加速后所能达到的最速度表达式.,3、注意,1、带电粒子在匀强磁场中的运动周期 跟运动速率和轨道半径无关，对于一定的带电粒子和一定的磁感应强度来说，这个周期是恒定的。,2、交变电场的往复变化周期和粒子的运动周期T相同，这样就可以保证粒子在每次经过交变电场时都被加速。,如果尽量增强回旋加速器的磁场或加大D形盒半径，我们是不是就可以使带电粒子获得任意高的能量吗？,3、由于侠义相对论的限制，回旋加速器只能把粒子加速到一定的能量。,回旋加速器中磁场的磁感应强度为B，D形盒的半径为R，用该回旋加速器加速质量为m、电量为q的粒子，设粒子加速前的初速度为零。求：,（1） 粒子的回转周期是多大？,（2）高频电极的周期为多大？,（3） 粒子的最大动能是多大？,（4） 粒子在同一个D形盒中相邻两条轨道半径之比,(5)设D形盒的电压为U,盒间距离为d,求加速到最大动能所需时间,1931年，加利福尼亚大学的劳 伦斯提出了一个卓越的思想，通 过磁场的作用迫使带电粒子沿着 磁极之间做螺旋线运动,把长长 的电极像卷尺那样卷起来，发明 了回旋加速器，第一台直径为27cm的回旋 回速器投入运行，它能将质子 加速到1Mev。 1939年劳伦斯获诺贝尔 物理奖。,1、如图所示，一束电子（电量为e)以速度V垂直射入磁感应强度为B、宽度为d的匀强磁场，穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹角为300。求 : (1) 电子的质量m=? (2) 电子在磁场中的运动时间t=?,2、如图所示，在半径为R 的圆的范围内，有匀强磁场，方向垂直圆所在平面向里一带负电的质量为m电量为q粒子，从A点沿半径AO的方向射入，并从C点射出磁场AOC120o则此粒子在磁场中运行的时间t_ (不计重力),3、如图所示，在直线MN的右侧有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直向里。电子(电量e、质量m)以速度v从MN上的孔A，垂直 于MN方向射入匀强磁场，途 经P点，并最终打在MN上的 C点、已知AP连线与速度方向 的夹角为，不计重力。求 （1）A、C之间的距离 （2）从A运动到P点所用的时间。,4、如图所示，一带正电粒子质量为m，带电量为q，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磁感应强度为B的匀强磁场区，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