1.3 带电粒子在匀强磁场中的运动 课件-2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

1.3 带电粒子在匀强磁场中的运动 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 1.若带电粒子运动方向与磁场方向平行(v∥B)，则粒子不受洛伦兹力的作用，粒子作匀速直线运动； B v 2、若带电粒子的运动方向与磁场方向垂直(v⊥B)，则粒子在洛伦兹力作用下，将作匀速圆周运动。 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 3、向心力由洛仑兹力提供 4、轨道半径公式 5、周期 周期与运动速率无关，仅由粒子本身及磁场决定。 6、角速度 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 V V 7、圆心的确定 （1）已知两个速度方向：可找到两条半径，其交点是圆心； （2）已知入射方向和出射点的位置：通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作中垂线，交点是圆心。 8、运动时间： θ 例： 质量为m，电荷量为q的粒子，以初速度v0垂直进入磁感应强度为B、宽度为L的匀强磁场区域，如图所示。求 (1)带电粒子的运动轨迹及运动性质 (2)带电粒子运动的轨道半径 (3)带电粒子离开磁场时的速率 (4)带电粒子离开磁场时的偏转角θ (5)带电粒子在磁场中的运动时间 t 例：一个质量为m电荷量为q的带电粒子从x轴上的P（a，0）点以速度v，沿与x正方向成60°的方向射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于y轴射出第一象限。求匀强磁场的磁感应强度B和射出点的坐标。 y x o B v v a O/ 射出点坐标为（0， ） 600 例：如图所示，在x轴上方有匀强磁场B，一个质量为m，带电量为-q的的粒子，以速度v射入磁场，角已知，粒子重力不计，求 (1)粒子在磁场中的运动时间. (2)粒子离开磁场的位置. 例：一带电量为3×10－8C的粒子垂直射入磁感应强度B＝0.8T的匀强磁场中，它从a点到b点需2×10－4s，从b点到a点需10－3s，ab相距0.3m，若粒子速度为10m/s，则该粒子的质量大小为多少？ a b O 60° 7.2×10-10kg 例：长为l的水平极板间，有垂直纸面向里的匀强磁场，如图所示，磁感应强度为B，板间距离也为l，板不带电，现有质量为m，电量为q的带正电粒子（不计重力），从左边极板中点处垂直磁感线以速度水平射入磁场，欲使粒子不打在极板上，可采用的办法是：（ 　） A、使粒子的速度 B、使粒子的速度 C、使粒子的速度 D、使粒子的速度   AB O1 R1 × × × × × × × × × × × × B O2 R2 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 二、质谱仪 1.质谱仪是测量带电粒子荷质比、分析同位素的重要工具。 2.电场中加速 3.磁场中匀速圆周： 4.所测粒子的荷质比： 三、回旋加速器 1.直线加速器： 原理：利用电场加速带电粒子 特点： ①高压电源 ②粒子获得最高能量可达10Mev 三、回旋加速器 2.回旋加速器： 三、回旋加速器 1、磁场的作用：带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，带电粒子每次进入D形盒都运动相等的时间（半个周期）； 三、回旋加速器 2、电场的作用：匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速； 3、交变电压的作用：为了保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速。 三、回旋加速器 当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，若D形盒的半径为R，由R=mv/qB及EK=mv2/2可得带电粒子的最终动能为： 如图中圆形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为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，求此正离子在磁场区域内飞行的时间及射出磁场时的位置。 a o r v R v O/ O R v O/ O v 60° 60° 粒子穿过圆形磁场区域的情境，由对称性，射出线的反向延长线必过磁场圆的圆心。 如图所示，在屏MN的上方有磁感应强度为B的匀强磁场，磁场的方向垂直纸面向里，P为屏上的一个小孔，PC与MN垂直，一群质量为m、带电量为q的粒子（不计重力），以相同的速率v，从P处沿垂直于磁场的方向射入磁场区域．粒子入射方向在与磁场B垂直的平面内，且散开在与PC夹角为θ的范围内，则在屏MN上被粒子打中区域的长度为（ ） A． B． C． D． D A B A B R R θ θ θ O C A 四、磁聚焦与磁发散 当一束速度相同的粒子平行射入圆形磁场时，在磁场力作用下汇聚于圆上的一点，此现象称为磁聚焦，反之，称为磁发散。 四、磁聚焦与磁发散 磁聚焦与磁发散的特点： 粒子在该磁场中的轨迹半径与该圆形磁场的半径相同，即R轨=R磁 例：如图，ABCD是边长为a的正方形。质量为m电荷量为q的质子以大小为v的初速度沿纸面垂直于AD边射入正方形区域。在正方形内