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高中物理带电粒子在匀强磁场中运动(原创精品)优质公开课ppt课件

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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(重力不计) [问题]:判断下图中带电粒子(电量q,重力不计)所受 洛伦兹力的大小和方向: F=0 - v B 1、匀速直线运动。 理论探究 × ×F=×qB×vB× ××××× ××××× × × +× × v × × × × × × 猜想: 2、 匀速圆周运动。 匀速圆周运动的特点: 速度的大小不变 , 速度的方向 不断变化 ; 向心力的大小不变 , 向心力的方向 始终和速度方向垂直。向心力只改变 速度的方向, 向心力不改变 速度的大小 。 理论探究 v + F 洛伦兹力总与速度方向垂直,不改变带电粒 子的速度大小,所以洛伦兹力不对带电粒子 做功。 由于粒子速度的大小不变,所以洛伦兹力大小也不 改变,加之洛伦兹力总与速度方向垂直,正好起到 了向心力的作用。 理论探究 洛伦兹力总与速度方向垂直,不改变带电粒子的速 度大小,所以洛伦兹力不对带电粒子做功。 由于粒子速度的大小不变,所以洛伦兹力大小也不改变, 加之洛伦兹力总与速度方向垂直,正好起到了向心力的作 用。 ? ?? ?V ? ? ? - ?F洛 ? ? ?? ? 洛仑兹力对电荷只起向心 ? 力的作用,故只在洛仑兹 ? 力的作用下,电荷将作匀 ? 速圆周运动。 + 如果带电粒子射入匀强磁场时,初速度方向与磁场方向垂直, 粒子仅在洛伦兹力的作用下将作什么运动? 实验验证 ①加速电场: 作用是改变电子束出射的速度 ②励磁线圈: 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 一、 带电粒子在匀强磁场中的运动(重力不计) 判断下图中带电粒子(电量q,重力不计)所受洛伦兹力 的大小和方向: F=0 - v B 1、匀速直线运动。 理论探究 × × ×B× × F × × × × × ××××× × × +× × v× ××××× 2、 匀速圆周运动 实验验证 二、带电粒子在磁场中做匀速圆周运动 的半径、速率和周期 二、带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径、速率和周期: 1、圆周运动的半径 2、圆周运动的周期 mv 2 qvB ? r r ? mv qB T ? 2? ? r T=2π(mv/qB)/v v 思考:周期与速度、半径有什么关系? T ? 2? m qB 带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期和运动速率无关。 3、磁场强度不变,粒子射入的速度增加,轨道半径将增大 。 r=mv/qB∝ v 4、粒子射入速度不变,磁场强度增大,轨道半径将 减少 。 r=mv/qB∝ 1/B 实验验证 例 1、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 ... 2v - e .两个电子同时回到原来的出发点 两个电子轨道半径如何? . . . . r ? mv ?v eB . . . B .轨道半径与粒子射入的速度成正比 例2.一个带负电粒子(质量为m,带电量为q),以速率v在磁感 应强度为B的匀强磁场中做逆时针圆周运动(沿着纸面),则该匀 强磁场的方向为垂直于纸面向里还是向外?粒子运转所形成的环 形电流的大小为多大? 匀强磁场的方向为垂直于纸面向外 . . - . . v m,q I=q/t I=q/T . . . . F=qvB T ? 2? ? r qvB ? mv 2 v r . . . . r ? mv qB T ? 2? m qB . . . .B T=2π(mv/qB)/v I=q/T=q2B/2π m 例3: 1.圆心在哪里? A 2.轨迹半径是多少? F 3、圆心角θ =? 4.穿透磁场的时间如何求? d v B 30° Fv qvB=mv2/r r=mv/qB θ =30°r r=d/sin 30o =2d O m=qBr/v=2qdB/v t/T= 30o /360o t=( 30o /360o)T= T/12 T=2 πm/qB t=T/12= πm/6qB 小结: 1、两洛伦兹力的交点即圆心 2、偏转角:初末速度的夹角。 3、偏转角=圆心角 T=2 πr/v t=T/12= πd/3v 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,其初速度几乎 为零,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。 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. 练习教材P102页第1,2,3 例4.一个负离子,质量为m,电量大小为q,以速率v垂直于屏S经过小孔O射入存 在着匀强磁场的真空室中,如图所示。磁感应强度B的方向与离子的运动方向垂 直,并垂直于图中纸面向里。 (1)求离子进入磁场后到达屏S上时的位置与O点的距离。 (2)如果离子进入磁场后经过时间t到达位置P,证明:直线OP与离子入射方向 之间的夹角θ跟t的关系是θ=qBt/2m 解:(1)找圆心O′—— 连接OP,作垂直平分线交OS于O′ 画轨迹 —— 半圆 ∴OS=2R= 2 mv/qB 定半径R—— qvB=mv2/R R=mv/qB (2)如何求tOP? t/T= θ/2π 。 ∠OO′P=2 θ t/T= 2 θ/2π T=2 πm/qB t= 2 θT/2π=2mθ/qB O vB θ f 2 θ ?P ∴ θ=q B t / 2 m 或 ∠OO′P= 2 θ=SOP/R O′ 2 θ=SOP/R=vt/R= q B t / m ∴ θ=q B t / 2 m C (3)、离子进


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