3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动 课件 -2022-2023学年高二上学期物理人教版选修3-1

第6节 带电粒子在匀强磁场中的运动 第三章 磁 场 回顾——洛伦兹力 1.概念：＿＿＿＿在磁场中受到的力叫做洛伦兹力； 2. 方向：洛伦兹力f＿＿于B与v所在 的平面，用＿＿＿＿来判定。 3. 大小： (1)当v⊥B时,则f=＿＿＿； (2)当v∥B或v=0时,则f=＿； (3)当v与B的夹角为任意角度θ时,则f=＿＿＿＿＿。 v θ B f + 运动电荷 垂直 左手定则 qvBsinθ qvB 0 带电粒子在匀强磁场中的运动效果如何呢？ 洛伦兹力演示仪 电子枪 励磁线圈 加速 电压 励磁 电流 I 洛伦兹力 演示仪.avi 【实验】用洛伦兹力演示仪演示电子束的径迹 ..\..\PHYSICS31\H31319.exe 1.无磁场时，电子沿＿＿运动。 2.有磁场时，电子做＿＿运动： (1)增大磁场强度，圆的半径＿＿； (2)增大加速电场，圆的半径＿＿。 直线 圆周 减小 增大 加上匀强磁场时，电子束轨迹有直线的吗？ 一、带电粒子在磁场中的运动 带电粒子以一定的初速度v进入磁感应强度为B的匀强磁场，不计重力，只考虑洛伦兹力f，有两种典型的运动： 1．匀速直线运动 当v＿B或B=＿时，f=＿，则带电粒子将以入射速度v做＿＿＿＿运动； ∥ 0 0 ⊕ v B 匀速直线 2．匀速圆周运动 当v＿B时，总有f＿v，f 只改变v的＿＿，不改变v的 ＿＿，f对带电粒子＿＿＿，带电粒子将以入射速度v做 匀速圆周运动， ⊥ ⊥ 方向 大小 - V V 不做功 带电粒子做圆周运动的半径与周期跟什么因素有关？ 一、带电粒子在磁场中的运动 【推导】洛伦兹力f提供为向心力作匀速圆周运动，则 (1)向心力＿＿＿＿＿＿＿＿＿； (2)轨道半径：＿＿＿； (3)运动周期：＿＿＿。 × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × v f 【注意】T与v无关。 一、带电粒子在磁场中的运动 2．匀速圆周运动 例题1 (多选)一带电粒子在磁感强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，如它又顺利进入另一磁感强度为2B的匀强磁场中仍做匀速圆周运动，则( ) A. 粒子的速率加倍，周期减半 B. 粒子的速率不变，轨道半径减半 C. 粒子的速率减半，轨道半径变为原来的 1/4 D. 粒子速率不变，周期减半 B D 例题2 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，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。 (2)由牛顿第二定律得 解:(1)由动能定理得 ,则 ,则 二、质谱仪 1．结构：＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿； 加速电场 ..\..\PHYSICS31\H31318.exe 加速电场 速度选择器 偏转磁场 二、质谱仪 2．原理： （1）带电粒子通过加速电场的 速度为：＿＿＿＿； （2）带电粒子通过速度选择器 的速度为：＿＿＿＿； （3）在偏转磁场中做圆周运动 的半径：＿＿＿＿＿； （4）带电粒子的荷质比＿＿＿＿＿＿。 ..\..\PHYSICS31\H31320.exe 质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具 ～ 三、直线加速器 粒子在每个加速电场中的运动时间相等， 因为交变电压的变化周期相同。 电荷量为 q 的粒子经过 n 级加速后，获得的动能可以达到 EK= q（U1+U2+ …+Un） 三、直线加速器 四、回旋加速器 1.功能：加速器是使带电粒子获得高能量的装置。 2.结构：回旋加速器主要由圆柱形磁极、两个D形 金属盒、高频交变电源、粒子源和粒子 引出装置等构成。 ..\..\PHYSICS31\H31321.exe 四、回旋加速器 3.原理： (1)旋转周期：＿＿＿＿； (2)最大速度：设D型盒最大半径R， 带电粒子的最大速度为＿＿＿＿； (3)最大动能：带电粒子的最大动能为＿＿＿＿＿。 【说明】 ①电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期＿＿； ②在每一周期内,带电粒子加速＿次,电场方向变化＿次； ③粒子加速的最大速度由盒的＿＿决定； ④电场加速过程中,时间极短,可＿＿