运动电荷在磁场中的运动课件.ppt

1、教学目标教学目标 v（一）知识与技能（一）知识与技能v1、知道什么是洛伦兹力.利用左手定则判断洛伦兹力的方向.v2、知道洛伦兹力大小的推理过程.v3、掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算.v4、了解v和B垂直时的洛伦兹力大小及方向判断.理解洛伦兹力对电荷不做功. v5、了解电视显像管的工作原理v（二）过程与方法（二）过程与方法v通过观察，形成洛伦兹力的概念，同时明确洛伦兹力与安培力的关系(微观与宏观)，洛伦兹力的方向也可以用左手定则判断。通过思考与讨论，推导出洛伦兹力的大小公式F=qvBsin。最后了解洛伦兹力的一个应用电视显像管中的磁偏转。v（三）情感态度与价值观（三）情感

2、态度与价值观v引导学生进一步学会观察、分析、推理，培养学生的科学思维和研究方法。让学生认真体会科学研究最基本的思维方法:“推理假设实验验证”。v二、重点与难点：二、重点与难点：v重点：重点：1.利用左手定则会判断洛伦兹力的方向.v2.掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算.v这一节承上(安培力)启下(带电粒子在磁场中的运动)，是本章的重点v难点：难点：1.洛伦兹力对带电粒子不做功.v2.洛伦兹力方向的判断.v三、教具三、教具：电子射线管、高压电源、磁铁、多媒体复习：复习：1、洛伦兹力产生的条件？、洛伦兹力产生的条件？2、洛伦兹力的大小和方向如何确定？、洛伦兹力的大小和方向如何确

3、定？3、洛伦兹力有什么特点？、洛伦兹力有什么特点？射入匀强磁场中的带电粒射入匀强磁场中的带电粒子将做怎样的运动呢？子将做怎样的运动呢？思考：思考：一、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带电粒子平行射入匀强磁场的带电粒子平行射入匀强磁场的运动状态，？运动状态，？ （重力不计）（重力不计）问题问题1：问题问题2： 带电粒子垂直射入匀强磁场的运带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态？动状态？ （重力不计）（重力不计）匀速直线运动匀速直线运动1、理论推导、理论推导v vB B（1 1） 时时 ，洛伦兹力的方向与速度方向的，洛伦兹力的方向与速度方向的关系关系（2 2）带电粒子仅在洛伦兹

4、力的作用下，粒）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？子的速率变化么？能量呢？（3 3）洛伦兹力的如何变化？）洛伦兹力的如何变化？（4 4）从上面的分析，你认为垂直于匀强磁）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，在匀强磁场中的场方向射入的带电粒子，在匀强磁场中的运动状态如何？运动状态如何？垂直垂直一、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、理论推导、理论推导沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动问题问题3：推导粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆推导

5、粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆半径半径r r和运动周期和运动周期T T，与粒子的速度，与粒子的速度v v和磁场和磁场的磁感应强度的磁感应强度B B的关系表达式的关系表达式 带电粒子将在垂直于磁场带电粒子将在垂直于磁场 的平面内做匀速圆周运动的平面内做匀速圆周运动 。1）、圆周运动的半径）、圆周运动的半径mvRqB2）、圆周运动的周期）、圆周运动的周期2 mTqB2vqvBmR2 RTv亥姆霍兹线圈亥姆霍兹线圈电电 子子 枪枪磁场强弱选择挡磁场强弱选择挡加速电压加速电压选择挡选择挡2、实验验证、实验验证（1）洛伦兹力演示仪）洛伦兹力演示仪励磁线圈（亥姆霍兹线圈）：作用励磁线圈（亥姆霍兹线圈）

6、：作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈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中心的连线的匀强磁场加速电场：作用是改变电子束出射加速电场：作用是改变电子束出射的速度的速度电子枪：射出电子电子枪：射出电子（2）实验演示）实验演示a a、不加磁场时观察电子束的径迹、不加磁场时观察电子束的径迹b b、给励磁线圈通电，观察电子束的径迹、给励磁线圈通电，观察电子束的径迹c c、保持初射电子的速度不变，改变磁感应强、保持初射电子的速度不变，改变磁感应强度，观察电子束径迹的变化度，观察电子束径迹的变化d d、保持磁感应强度不变，改变出射电子的速、保持磁感应强度不变，改变出射电子的速度，观察电子束

7、径迹的变化度，观察电子束径迹的变化（3）实验结论）实验结论沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动。强磁场中做匀速圆周运动。磁场强度不变，粒子射入的速度增加，轨道半径磁场强度不变，粒子射入的速度增加，轨道半径也增大。也增大。粒子射入速度不变，磁场强度增大，轨道半径减粒子射入速度不变，磁场强度增大，轨道半径减小。小。 通过格通过格雷塞尔气雷塞尔气泡室显示泡室显示的带电粒的带电粒子在匀强子在匀强磁场中的磁场中的运动径迹运动径迹例题：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

8、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）求粒子进入磁场时的速率。（2）求粒子在磁场中运动的轨道半径。212qUmv加速：12mvRdqB偏转：1122mURdBq（一）、（一）、质谱仪质谱仪测量带电粒子的质量或比荷测量带电粒子的质量或比荷 分析同位素分析同位素二、实际应用二、实际应用1直线加速器直线加速器 （二）、（二）、回旋加速器回旋加速器1、作用：产生高速运动的粒子、作用：产生高速运动的粒子2、原理原理1）、两）、两D形盒中有匀强磁场无电场，形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙有交变电场。盒间缝隙有交变电场。2）、交变电场的周期等于粒子做匀速）、交变电场的

9、周期等于粒子做匀速圆周运动的周期。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。）、粒子最后出加速器的速度大小由盒的半径决定。 已知回旋加速器中已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感应形盒内匀强磁场的磁感应强度大小为强度大小为B，D形盒的半径为形盒的半径为r.今将质量为今将质量为m、电量为电量为q的质子从间隙中心处由静止释放，求粒的质子从间隙中心处由静止释放，求粒子在加速器内加速后所能达到的最速度表达式子在加速器内加速后所能达到的最速度表达式. 3、注意、注意1 1、带电粒子在匀强磁场中的运动周期、带电粒子在匀强磁场中的运动周期 跟跟运动速率和轨道半径无关，对于一定的带电粒子

10、和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。一定的磁感应强度来说，这个周期是恒定的。2 mTqB2、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。 如果尽量增强回旋加速器的磁场或加大如果尽量增强回旋加速器的磁场或加大D形盒半径，我们是不是就可以使带电粒子获形盒半径，我们是不是就可以使带电粒子获得任意高的能量吗？得任意高的能量吗？ 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回旋加速器中磁场的磁感应强度为B，D形盒的半径为形盒的半径为R，用该回旋加速器加速

11、质量为，用该回旋加速器加速质量为m、电量为、电量为q的粒子，设粒的粒子，设粒子加速前的初速度为零。求：子加速前的初速度为零。求：（1） 粒子的回转周期是多大？粒子的回转周期是多大？（2）高频电极的周期为多）高频电极的周期为多大？大？（3） 粒子的最大动能是粒子的最大动能是多大？多大？（4） 粒子在同一个粒子在同一个D形盒中相邻两条轨道半径之比形盒中相邻两条轨道半径之比(5)设设D形盒的电压为形盒的电压为U,盒间距离为盒间距离为d,求加速到最求加速到最大动能所需时间大动能所需时间 19311931年，加利福尼亚大学的劳年，加利福尼亚大学的劳 伦斯提出了一个卓越的思想，通伦斯提出了一个卓越的思想，

12、通 过磁场的作用迫使带电粒子沿着过磁场的作用迫使带电粒子沿着 磁极之间做螺旋线运动磁极之间做螺旋线运动, ,把长长把长长 的电极像卷尺那样卷起来，发明的电极像卷尺那样卷起来，发明 了回旋加速器，第一台直径为了回旋加速器，第一台直径为27cm27cm的回旋的回旋 回速器投入运行，它能将质子回速器投入运行，它能将质子 加速到加速到1Mev1Mev。 19391939年劳伦斯获诺贝尔年劳伦斯获诺贝尔 物理奖。物理奖。dBev1 1、如图所示，一束电子（电量为、如图所示，一束电子（电量为e)e)以速度以速度V V垂垂直射入磁感应强度为直射入磁感应强度为B B、宽度为、宽度为d d的匀强磁场，的匀强磁场

13、，穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹角为角为30300 0。求。求 : (1) : (1) 电子的质量电子的质量m=? (2) m=? (2) 电电子在磁场中的运动时间子在磁场中的运动时间t=?t=? 2 2、如图所示，在半径为、如图所示，在半径为R R 的圆的范围内，的圆的范围内，有匀强磁场，方向垂直圆所在平面向有匀强磁场，方向垂直圆所在平面向里一带负电的质量为里一带负电的质量为m m电量为电量为q q粒子，从粒子，从A A点沿半径点沿半径AOAO的方向射入，并从的方向射入，并从C C点射出磁点射出磁场场AOCAOC120120o o则此粒子在磁

14、场中运行则此粒子在磁场中运行的时间的时间t t_( (不计重力不计重力) ) ABRvvO120120C3 3、如图所示，在直线、如图所示，在直线MNMN的右侧有磁感应强的右侧有磁感应强度为度为B B的匀强磁场，方向垂直向里。电子的匀强磁场，方向垂直向里。电子( (电电量量e e、质量、质量m)m)以速度以速度v从从MNMN上的孔上的孔A A，垂直，垂直于于MNMN方向射入匀强磁场，途方向射入匀强磁场，途经经P P点，并最终打在点，并最终打在MNMN上的上的C C点、已知点、已知APAP连线与速度方向连线与速度方向的夹角为的夹角为，不计重力。求，不计重力。求（1 1）A A、C C之间的距离之

15、间的距离（2 2）从）从A A运动到运动到P P点所用的时间。点所用的时间。ANMPv4 4、如图所示，一带正电粒子质量为、如图所示，一带正电粒子质量为m，带电量带电量为为q，从隔板从隔板ab上一个小孔上一个小孔P P处与隔板成处与隔板成4545角角垂直于磁感线射入磁感应强度为垂直于磁感线射入磁感应强度为B的匀强磁场的匀强磁场区，粒子初速度大小为区，粒子初速度大小为v，则则 (1)(1)粒子经过多长时间再次到达隔板？粒子经过多长时间再次到达隔板？ (2)(2)到达点与到达点与P点相距多远？点相距多远？ （不计粒子的重力）（不计粒子的重力）abPv5 5、长为、长为L L的水平极板间，有垂直纸面向内的的水平极板间，有垂直纸面向内的匀强磁场，如图所示，磁场强度为匀强磁场，如图所示，磁场强度为B B，板间距，板间距离也为离也为L L，板不带电，现有质量为，板不带电，现有质量为m m，电量为，电量为q q的带正电粒子（不计重力），从左边极板间的带正电粒子（不计重力），从左边极板间中点处垂直磁场以速度中点处垂直磁场以速度v v平行平行极板射入磁场，欲使粒极板射入磁场，欲使粒子不打在极板上，则粒子不打在极板上，则粒子入射速度子入射速度v v应满足什应满足什么条件？么条件？+qmvLLB