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

带电粒子在匀强磁场中的运动 1. 你对洛伦兹力有哪些了解？ 大小： 方向： 特点： 2. 物体在什么情况下做匀速圆周运动？ 3. 匀速圆周运动相关公式： 合力方向始终垂直于速度方向，大小恒定 F＝qvBsinθ（ θ是v与B间的夹角） 用左手定则判断，F洛⊥B F洛⊥v,即F洛 ⊥Bv组成的平面 只改变v的方向，不改变v的大小 ，对运动电荷永不做功 知识回顾 （） 3.某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定 常见粒子的分类 1.带电的基本粒子：如电子，质子，α粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和洛仑磁力相比在小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）。 2.带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。 匀速直线运动 1. 带电粒子平行射入匀强磁场的运动状态？ （重力不计） 提出问题 2. 垂直于磁场的方向射入匀强磁场的带电粒子，在匀强磁场中做什么运动？                 v - V - F洛                 V - F洛 V - F洛 V - F洛 垂直于磁场的方向射入匀强磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动。 1.轨道半径 带电粒子只受洛伦兹力，作圆周运动，洛伦兹力提供向心力： r 2.运行周期 （周期跟轨道半径和运动速率均无关） 角速度 解得： 一 带电粒子在匀强磁场中的运动 3.理解： （1）由轨道半径的物理表达式 r 可知，在匀强磁场中做匀速圆周运动的带电粒子，其轨道半径跟运动的速度成正比。 （2）由运动的周期公式 可知，在匀强磁场中做匀速圆周运动的带电粒子，运动的周期跟轨道半径和运动速度均无关，而与比荷q/m成反比。 4. 若v与B之间的夹角θ，则带电粒子的运动轨迹为？ 以速度v1做匀速直线运动 以速度v2做匀速圆周运动 等距螺旋线 d r 在粒子物理学的研究中，可以让粒子通过“云室”“气泡室”等装置，显示它们的径迹。如果在云室、气泡室中施加匀强磁场，可以看到带电粒子运动的圆形径迹。粒子的质量、速度带电多少不一样，径迹的半径也不一样。 图3.6-3带电粒子在气泡室运动径迹的照片。有的粒子运动过程中能量降低，速度减小，径迹就呈螺旋形 例、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 BD 例、如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场中，有a、b两个电子从同一处沿垂直磁感线方向开始运动，a的初速度为v，b的初速度为2v．则( )　 A．a先回到出发点 b后回到出发点 　　　 B．a、b同时回到出发点 C．a、b的轨迹是一对内切圆，且b的半径大 　 D．a、b的轨迹是一对外切圆，且b的半径大 a b BC 例、一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一个匀强磁场，粒子后段轨迹如图所示，轨迹上的每一小段都可近似看成是圆弧.由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减少(带电量不变).从图中情况可以确定( ) A.粒子从a到b，带正电 B.粒子从b到a，带正电 C.粒子从a到b，带负电 D.粒子从b到a，带负电 B 二 质谱仪 一个质量为m、电荷量为q 的粒子，从容器A下方的小孔S 1飘入电势差为Ｕ的加速电场，其初速度几乎为0，然后经过S 3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（质谱仪的原理） （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 解：带电粒子进入质谱仪的加速电场 由动能定理： 带电粒子进入质谱仪的偏转磁场 洛伦兹力提供向心力： 质谱仪的原理 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：通过测出粒子圆周运动的半径，计算粒子的比荷或质量及分析同位素的仪器. 质谱仪工作原理 在加速电场中，由动能定理得： 粒子出加速电场的速度： 在偏转磁场中，有 故轨道半径 所以粒子质量 例、质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看作为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距