高二物理《带电粒子在匀强磁场中的运动》(第1课)课件

六.带电粒子在匀强磁场中的运动(一)zxxk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z.x.x.k（1）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z..x..x..kv⊥B不变大小不变，方向在不断变化匀速圆周运动问题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和磁场的强度B的关系表达式学科网1）圆周运动的半径:mvRqB2）圆周运动的周期:2mTqB2vqvBmR由得：2RTv由得：θffvAvBO例1．如图所示，在通电直导线下方，有一电子沿平行导线方向以速度v开始运动，则（）组卷网IvⅠⅡA．将沿轨迹I运动，半径越来越小B．将沿轨迹I运动，半径越来越大C．将沿轨迹II运动，半径越来越小D．将沿轨迹II运动，半径越来越大A例2．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．b先回到出发点C．a、b同时回到出发点D．不能确定abv2vBC3：质子和α粒子在同一磁场中作半径相同的圆周运动，由此可知质子的动能Ek1和α粒子的动能Ek2之比Ek1：Ek2等于()A、4：1B、1：1C、1：2D、2：1B4．图为云室中某粒子穿过铅板Ｐ前后的轨迹。室中匀强磁场的方向与轨迹所在平面垂直（粒子穿过铅板Ｐ前后的电荷量不变）。由此可知此粒子（）（Ａ）一定带正电（Ｂ）一定带负电（Ｃ）不带电（Ｄ）可能带正电，也可能带负电PA带电粒子在有界磁场中运动专题1、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θ，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。ANMPvθ2、如图所示，一带负电的离子质量为m，带电量为q，以初速度v进入有界匀强磁场B中，速度方向与x轴成60°，从x轴上A点飞出。求：（1）A点离原点O多远？（2）过多久再从x轴上飞出？ByxO60°v重力不计1、找圆心、画轨迹Tt2qBmT2注意：θ用弧度表示解题关键:θffCVAVBO2、定半径3、确定运动时间①几何法求半径（写关系式）②向心力公式求半径qBmvRRvmqvB2洛伦兹力永远不做功讲义8、9例：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（1）求粒子进入磁场是的速率。（2）求粒子在磁场中运动的轨道半径。质谱仪2qUvm12mUrBq1、测量比荷的仪器2、分析同位素的仪器练习：如图是测量带电粒子质量的仪器的工作原理示意图。设法使某有机化合物的气态分子导入图中所示的容器Ａ中，使它受到电子束轰击，失去一个电子变成为正一价的分子离子。分子离子从狭缝Ｓ１以很小的速度进入电压为Ｕ的加速电场区（初速不计），加速后，再通过狭缝Ｓ２、Ｓ３射入磁感强度为Ｂ的匀强磁场，方向垂直于磁场区的界面ＰＱ。最后，分子离子打到感光片上，形成垂直于纸面且平行于狭缝Ｓ３的细线。若测得细线到狭缝Ｓ３的距离为d，导出分子离子的质量m的表达式。dPBAS1S2S3QU感光片面性（一）质谱仪测量带电粒子的质量分析同位素二、实际应用（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。例题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。2mTqB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。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形盒的直径为d，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？（不计粒子的重力）abPv5、长为L的水平极板间，有垂直纸面向内的匀强磁场，如图所示，磁场强度为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），从左边极板间中点处垂直磁场以速度v平行极板射入磁场，欲使粒子不打在极板上，则粒子入射速度v应满足什么条件？+qmvLLBbBaOr6、在真空中半径r=3×10－2m的圆形区域内有一匀强磁场，磁感应强度B=0.2T，方向如图所示。一带正电的粒子以v0=1.2×106m/s的初速度从磁场边界上直径ab端的a点射入磁场，已知粒子比荷=108C/Kg，不计粒子重力，则粒子在磁场中运动的最长时间为多少？qm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）求粒子进入磁场是的速率。（2）求粒子在磁场中运动的轨道半径。四、应用一:速度选择器1、粒子速度选择器.swf例2：书P98问题与思考/题3四、应用二:磁流体发电机磁流体发电原理.swf磁流体发电机构造示意图.swf例3．如图是磁流体发电机，其原理是：等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集到A、B板上，产生电势差。设A、B平行金属板的面积为S，相距为d，等离子气体的电阻率为ρ，喷入气体速度为v，板间磁场的磁感应强度为B，板外电阻为R，则1）上板会聚集何种电荷？2）在没有接外电路时，等离子体在什么特定条件下将不偏转？3）该发电机的电动势多大？4）电路接通时，电流表与电压表的读数多大？············+vF电F洛AB例4．．如图9所示为磁流体发电机示意图,其中两极板间距d=20cm,磁场的磁感应强度B=5T,若入额定功率P=100W的灯泡,灯泡恰好正常发光,灯泡正常发光时的电阻R=400Ω不计发电机内阻,求：(1)等离子体的流速多大？(2)若等离子体均为一价离子,则每秒钟有多少个什么性质的离子打在下极板。四、应用三:电磁流量计例5．一种测量血管中血流速度的仪器原理图,如图所示,在动脉血管两侧分别安装电极并加磁场,设血管直径为2mm,磁场的磁感应强度为0.080T,电压表测出电压为0.01V,则血流速度大小为多少?