带电粒子在磁场中的运动公开课201510

李永畅复习：1、洛伦兹力的大小2、洛伦兹力的方向及其特点3、带电粒子平行射入匀强磁场的运动状态？（重力不计）匀速直线运动sinqvBf左手定则洛伦兹力的方向既垂直于磁场，又垂直于速度，即垂直于v和B所组成的平面．洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小,对电荷不做功．若带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态？（重力不计）情景：带电粒子垂直射入匀强磁场（重力不计）对比思考：带电粒子垂直射入匀强电场（重力不计）B+轨迹：抛物线F电f洛轨迹：？线V-F洛洛伦兹力总与速度方向垂直，不改变带电粒子的速度大小，只改变速度方向。匀速圆周运动理论探究：理论分析：洛仑兹力方向总与速度方向垂直洛仑兹力不改变速度大小洛仑兹力的大小(f=qvB)也就不变.做匀速圆周运动物体合力方向总与速度方向垂直（指向圆心）合力大小不变，合力提供向心力。带电粒子（重力不计）垂直射入匀强磁场,洛仑兹力即为合力带电粒子（重力不计）垂直射入匀强磁场,做匀速圆周运动正是洛仑兹力提供向心力带电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和磁感应强度B有什么关系？思考与讨论：1）圆周运动的半径2）圆周运动的周期rvmqvB2qBmvrvrT2qBmT2周期T与运动速度及运动半径无关半径与v、B及比荷有关比荷mq一、洛伦兹力演示仪工作原理:由电子枪发出的电子射线可以使管内的稀薄气体发出辉光,显示出电子的径迹.1、结构和工作原理2、实验演示（1）不加磁场时观察电子束的径迹.（2）给励磁线圈通电，观察电子束的径迹.不仅是圆周运动而且还是匀速圆周运动νF沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做圆周运动。．且圆周的半径与B、v有关。V不变，B增大，r变小B不变，V增大，r变大1、一个带电粒子沿垂直于磁场方向射入一匀强磁场，粒子的一段运动径迹如图所示，径迹上每一小段可近似看成圆弧，由于带电粒子的运动使沿途的空气电离，粒子的动能逐渐减小（电量不变），从图中情况可以确定（）Ｂ课堂练习：××××××××××××b。a。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+_“气泡室”照片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，显示它们的轨迹“云室”照片vqBmvr2.同一条径迹上为什么曲率半径会越来越小呢？1、不同带电粒子的偏转轨迹为什么不一样？能否从气泡室中带电粒子的径迹得到启发设计一个仪器，将比荷不同、初速度几乎为零带电粒子分开？思考：设计方案：设一个质量为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.求：(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二、质谱仪加速电场：使带电粒子加速qUmv221mqUv2rmvqvB2偏转磁场区：使带电粒子轨迹发生偏转，并被拍照qmUBqBmvr21222BrUmqUqBrm222精密测量带电粒子质量和分析同位素（测荷质比）的仪器结构与原理发明者：阿斯顿（汤姆生的学生）二、质谱仪EqqvB11BEv2qBmvrrmvqvB2rBBEmq21（速度选择器）：32.2SS)(.121加速电场SS)(.33匀强磁场下方SB1E要想仪器更准确，可再做怎样的变化？21BqBmEr若粒子从S3进入磁场的速度相等，则半径就只与比荷有关。二、质谱仪问题5：如何获得高能粒子？2q三、加速器三、加速器三、回旋加速器劳伦斯1932年，加利福尼亚大学的劳伦斯提出了一个卓越的思想，通过磁场的作用迫使带电粒子沿着磁极之间做螺旋线运动,把长长的电极像卷尺那样卷起来，发明了回旋加速器，第一台直径为27cm的回旋回速器投入运行，它能将质子加速到1Mev。1M=106eV1939年诺贝尔物理奖三、回旋加速器问题6：粒子在磁场中运动周期变化吗？电源的正负极经过多长时间改变方向一次？（设两个D型盒间距很小，其运动时间可忽略）问题7：电源的正负极变化周期与粒子的运动周期有什么关系？（设两个D型盒间距很小，其运动时间可忽略）三、回旋加速器带电粒子在匀强磁场中运动v//B匀速直线运动v⊥B匀速圆周运动运动2mTqB应用规律回旋加速器质谱仪qBmvrV与B成θ角(θ≠0°,θ≠90°)Bv0θ课堂小结1、如图，一束具有各种速率的带一个正元电荷的两种铜离子质量分别为m1和m2,水平地经小孔S进入有互相垂直的匀强电场和匀强磁场的区域，其中磁场、电场方向如图，只有那些路径不发生偏转的离子才能通过另一小孔进入匀强磁场中，此后两种离子将沿不同路径做圆周运动,到达底片P时两离子间距为d，求此d值。EqqvB11BEv2qBmvrrmvqvB221BqBmErB1B2E2111BqBEmr2122BqBEmr212121222BqBEmmrrd练习巩固