1、 带电粒子垂直匀强磁场方向进入磁场带电粒子垂直匀强磁场方向进入磁场, 粒子受洛粒子受洛伦兹力有何特点伦兹力有何特点? 粒子的运动有何特点粒子的运动有何特点?v0B实验探究实验探究加速电压加速电压选择挡选择挡亥姆霍亥姆霍兹线圈兹线圈电子枪电子枪磁场强弱磁场强弱选择挡选择挡洛伦兹力演示器洛伦兹力演示器实验探究实验探究构造构造 电子枪：射出电子电子枪：射出电子加速电场：作用是改变电子束出射的速度加速电场：作用是改变电子束出射的速度励磁线圈：作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈中心励磁线圈：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的连线的匀强磁场洛伦兹力演示仪洛伦兹力演示仪洛伦兹力演示
2、仪洛伦兹力演示仪工作原理工作原理 由电子枪发出的电子射线可以使管的低压水银蒸由电子枪发出的电子射线可以使管的低压水银蒸汽发出辉光，显示出电子的径迹汽发出辉光，显示出电子的径迹两个平行的通电环形线圈可产生沿轴线方向的匀强磁场两个平行的通电环形线圈可产生沿轴线方向的匀强磁场为什么在为什么在vB（匀强磁场）的条件下，粒子做匀速圆（匀强磁场）的条件下，粒子做匀速圆周运动呢周运动呢?概念概念规律规律观察并思考观察并思考: :为什么在为什么在vB（匀强磁场）的条件下，粒子做匀速圆（匀强磁场）的条件下，粒子做匀速圆周运动呢周运动呢?(1)平面运动平面运动(2)f洛洛 v ，总是不做功，总是不做功，f洛洛不改
3、变不改变v的大小只改变的大小只改变v的方的方向，向， 且且f洛洛=qvB大小也不变大小也不变概念概念规律规律观察并思考观察并思考: :一一. . 轨道半径和周期轨道半径和周期 一带电粒子的质量为一带电粒子的质量为m, 电荷量为电荷量为q,速率为速率为v, 现垂直射入现垂直射入磁感应强度为磁感应强度为B的匀强磁场的匀强磁场, 粒子将做匀速圆周运动粒子将做匀速圆周运动. 由洛伦磁由洛伦磁力提供向心力得力提供向心力得:一一. . 轨道半径和周期轨道半径和周期 一带电粒子的质量为一带电粒子的质量为m, 电荷量为电荷量为q,速率为速率为v, 现垂直射入现垂直射入磁感应强度为磁感应强度为B的匀强磁场的匀强
4、磁场, 粒子将做匀速圆周运动粒子将做匀速圆周运动. 由洛伦磁由洛伦磁力提供向心力得力提供向心力得:qBmvr qBmT 2 半半径径周周期期rvmqvB2 一一. . 轨道半径和周期轨道半径和周期 一带电粒子的质量为一带电粒子的质量为m, 电荷量为电荷量为q,速率为速率为v, 现垂直射入现垂直射入磁感应强度为磁感应强度为B的匀强磁场的匀强磁场, 粒子将做匀速圆周运动粒子将做匀速圆周运动. 由洛伦磁由洛伦磁力提供向心力得力提供向心力得:qBmvr qBmT 2 半半径径周周期期rvmqvB2 一一. . 轨道半径和周期轨道半径和周期实验验证实验验证对轨道半径和周期的理解对轨道半径和周期的理解 (
5、1)由公式由公式 知，在匀强磁场中，做匀速圆周运知，在匀强磁场中，做匀速圆周运动的带电粒子，轨道半径跟速率成正比动的带电粒子，轨道半径跟速率成正比. 对轨道半径和周期的理解对轨道半径和周期的理解qBmvr (1)由公式由公式 知，在匀强磁场中，做匀速圆周运知，在匀强磁场中，做匀速圆周运动的带电粒子，轨道半径跟速率成正比动的带电粒子，轨道半径跟速率成正比. 对轨道半径和周期的理解对轨道半径和周期的理解 (2)由公式由公式 知，在匀强磁场中，做匀速圆周运知，在匀强磁场中，做匀速圆周运动的带电粒子，周期跟轨道半径和运动速率无关，而与比荷动的带电粒子，周期跟轨道半径和运动速率无关，而与比荷q/m成反比
6、成反比.qBmvr qBmT 2 【例例1】有电子、质子、氘核和氚核有电子、质子、氘核和氚核,以同样的速度垂以同样的速度垂直射入同一匀强磁场中，它们在磁场中做匀速圆周运动，直射入同一匀强磁场中，它们在磁场中做匀速圆周运动，则轨道半径最大的粒子是则轨道半径最大的粒子是 ( ) A. 电子电子B. 质子质子 C. 氘核氘核D. 氚核氚核应用平台应用平台 【例例1】有电子、质子、氘核和氚核有电子、质子、氘核和氚核,以同样的速度垂以同样的速度垂直射入同一匀强磁场中，它们在磁场中做匀速圆周运动，直射入同一匀强磁场中，它们在磁场中做匀速圆周运动，则轨道半径最大的粒子是则轨道半径最大的粒子是 ( ) A.
7、电子电子B. 质子质子 C. 氘核氘核D. 氚核氚核D应用平台应用平台【例例2】处在匀强磁场中的两个电子处在匀强磁场中的两个电子A与与B，分别以，分别以速度速度v和和2v垂直射入磁场，磁场足够大，经磁场偏转后，垂直射入磁场，磁场足够大，经磁场偏转后，哪个电子先回到出发点哪个电子先回到出发点 ( ) A. A先到达先到达 B. B先到达先到达 C. 同时到达同时到达 D. 条件不足，无法判断条件不足，无法判断【例例2】处在匀强磁场中的两个电子处在匀强磁场中的两个电子A与与B，分别以，分别以速度速度v和和2v垂直射入磁场，磁场足够大，经磁场偏转后，垂直射入磁场，磁场足够大，经磁场偏转后，哪个电子先
8、回到出发点哪个电子先回到出发点 ( ) A. A先到达先到达 B. B先到达先到达 C. 同时到达同时到达 D. 条件不足，无法判断条件不足，无法判断C【例例2】处在匀强磁场中的两个电子处在匀强磁场中的两个电子A与与B，分别以，分别以速度速度v和和2v垂直射入磁场，磁场足够大，经磁场偏转后，垂直射入磁场，磁场足够大，经磁场偏转后，哪个电子先回到出发点哪个电子先回到出发点 ( ) A. A先到达先到达 B. B先到达先到达 C. 同时到达同时到达 D. 条件不足，无法判断条件不足，无法判断C 【例例3】课本上例题课本上例题mvrqB2 mTqB2vqvBmrvB时时v/B时时, F=0 粒子做匀
9、速直线运动粒子做匀速直线运动受力特点受力特点: FBqv.运动特点运动特点: 粒子做匀速圆周运动粒子做匀速圆周运动其它夹角其它夹角, 粒子做螺线运动粒子做螺线运动半径半径:周期周期:带带电电粒粒子子在在磁磁场场中中的的运运动动小结小结: 1. 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的条件是带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的条件是粒子垂直进入匀强磁场粒子垂直进入匀强磁场. 2. 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律是带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律是洛伦兹力提供向心力洛伦兹力提供向心力. 3. 求带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的问题求带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的问题的方法是
10、：的方法是：作轨迹作轨迹 画半径画半径 找圆心找圆心 求半径求半径 求周期求周期 求时间求时间小结小结:1. 如何确定轨道圆心、轨道半径和偏向角如何确定轨道圆心、轨道半径和偏向角?巩固拓展巩固拓展vvB1. 如何确定轨道圆心、轨道半径和偏向角如何确定轨道圆心、轨道半径和偏向角?(1)已知入射方向和出射方向已知入射方向和出射方向巩固拓展巩固拓展vvB1. 如何确定轨道圆心、轨道半径和偏向角如何确定轨道圆心、轨道半径和偏向角?(1)已知入射方向和出射方向已知入射方向和出射方向OvvB 巩固拓展巩固拓展(2)已知入射方向和出射点位置已知入射方向和出射点位置.vB(2)已知入射方向和出射点位置已知入射
11、方向和出射点位置.vBOvB(2)已知入射方向和出射点位置已知入射方向和出射点位置.vBv OvBOvB(3)利用圆周的对称性利用圆周的对称性. 如下如下图图1如果在同一边界射入和射出的如果在同一边界射入和射出的粒子粒子, 速度与边界的夹角速度与边界的夹角(弦切角弦切角)相等相等; 又如又如图图2在圆形磁场的区域在圆形磁场的区域内内, 沿半径方向射入的粒子沿半径方向射入的粒子, 必定沿半径方向射出必定沿半径方向射出(对心入射必背心对心入射必背心出射出射).图图1 1图图2 2(3)利用圆周的对称性利用圆周的对称性. 如下如下图图1如果在同一边界射入和射出的如果在同一边界射入和射出的粒子粒子,
12、速度与边界的夹角速度与边界的夹角(弦切角弦切角)相等相等; 又如又如图图2在圆形磁场的区域在圆形磁场的区域内内, 沿半径方向射入的粒子沿半径方向射入的粒子, 必定沿半径方向射出必定沿半径方向射出(对心入射必背心对心入射必背心出射出射).图图1 1图图2 2(偏向角偏向角)vvO 图图3 3(3)利用圆周的对称性利用圆周的对称性. 如下如下图图1如果在同一边界射入和射出的如果在同一边界射入和射出的粒子粒子, 速度与边界的夹角速度与边界的夹角(弦切角弦切角)相等相等; 又如又如图图2在圆形磁场的区域在圆形磁场的区域内内, 沿半径方向射入的粒子沿半径方向射入的粒子, 必定沿半径方向射出必定沿半径方向
13、射出(对心入射必背心对心入射必背心出射出射).图图1 1图图2 2(偏向角偏向角)vvO 图图3 3 粒子速度的粒子速度的偏向角偏向角等于圆心角等于圆心角，并，并等于等于2倍弦切角倍弦切角即即=2=t .（图图3）2. 如何确定带电粒子在磁场中的运动时间？如何确定带电粒子在磁场中的运动时间？OvvB 2. 如何确定带电粒子在磁场中的运动时间？如何确定带电粒子在磁场中的运动时间？OvvB 2. 如何确定带电粒子在磁场中的运动时间？如何确定带电粒子在磁场中的运动时间？qBmTTt 2,2 OvvB 2. 如何确定带电粒子在磁场中的运动时间？如何确定带电粒子在磁场中的运动时间？qBmTTt 2,2
14、弧长弧长 lvlt, 练习练习: 1.半径为半径为r的圆形空间内，存在着垂直纸面向里的匀强磁的圆形空间内，存在着垂直纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子场，一个带电粒子(不计重力不计重力)从从A点以速度点以速度v0垂直磁场方向射入磁场垂直磁场方向射入磁场中，并从中，并从B点射出，点射出， ，如图，求该带电粒子在磁场中运，如图，求该带电粒子在磁场中运动的时间动的时间.ABORrv0OAOB120120OAOB 练习练习: 1.半径为半径为r的圆形空间内，存在着垂直纸面向里的匀强磁的圆形空间内，存在着垂直纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子场，一个带电粒子(不计重力不计重力)从从A点以速度点以速度v0垂直
15、磁场方向射入磁场垂直磁场方向射入磁场中，并从中，并从B点射出，点射出， ，如图，求该带电粒子在磁场中运，如图，求该带电粒子在磁场中运动的时间动的时间.ABORrv0033rv OAOB120120OAOB 练习练习: 2. 如图如图，在，在 的区域内存在匀强磁场，磁场方向的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于垂直于xOy平面并指向纸面外，磁感应强度为平面并指向纸面外，磁感应强度为B。一带正电的粒子。一带正电的粒子以以v0的速度从的速度从O点射入磁场，入射方向在点射入磁场，入射方向在xOy平面内，与平面内，与x轴正方向轴正方向的夹角为的夹角为 。若粒子射出磁场的位置与。若粒子射出磁场的位置与O点的
16、距离为点的距离为L，求该粒子的，求该粒子的比荷比荷q/m. v0 xyB0y 练习练习: 2. 如图如图，在，在 的区域内存在匀强磁场，磁场方向的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于垂直于xOy平面并指向纸面外，磁感应强度为平面并指向纸面外，磁感应强度为B。一带正电的粒子。一带正电的粒子以以v0的速度从的速度从O点射入磁场，入射方向在点射入磁场，入射方向在xOy平面内，与平面内，与x轴正方向轴正方向的夹角为的夹角为 。若粒子射出磁场的位置与。若粒子射出磁场的位置与O点的距离为点的距离为L，求该粒子的，求该粒子的比荷比荷q/m. v0 xyB02sinvqmL B 0y 例题例题: 2. 如图，两
17、块长度均为如图，两块长度均为5d的金属板相距的金属板相距d，平行放，平行放置，下板接地，两极间有垂直纸面向里的匀强磁场，一束宽为置，下板接地，两极间有垂直纸面向里的匀强磁场，一束宽为d的电子束从两板左侧垂直磁场方向射入两极间，设电子的质的电子束从两板左侧垂直磁场方向射入两极间，设电子的质量为量为m，电量为，电量为e，入射速度为，入射速度为v0，要使电子不会从两极间射出，要使电子不会从两极间射出，求匀强磁场的磁感应强度求匀强磁场的磁感应强度B应满足的条件。应满足的条件。5ddv0 例题例题: 2. 如图，两块长度均为如图，两块长度均为5d的金属板相距的金属板相距d，平行放，平行放置，下板接地，两
18、极间有垂直纸面向里的匀强磁场，一束宽为置，下板接地，两极间有垂直纸面向里的匀强磁场，一束宽为d的电子束从两板左侧垂直磁场方向射入两极间，设电子的质的电子束从两板左侧垂直磁场方向射入两极间，设电子的质量为量为m，电量为，电量为e，入射速度为，入射速度为v0，要使电子不会从两极间射出，要使电子不会从两极间射出，求匀强磁场的磁感应强度求匀强磁场的磁感应强度B应满足的条件。应满足的条件。5ddv000213m vm vBeded 针对练习针对练习2. 如图，在如图，在x0的区域中，的区域中，存在磁感应强度大小分别为存在磁感应强度大小分别为B1与与B2的的匀强磁场，磁场方向均垂直于纸面向匀强磁场，磁场方
19、向均垂直于纸面向里，且里，且B1B2。一个带负电荷的粒子从坐标原点。一个带负电荷的粒子从坐标原点O以速度以速度v沿沿x轴负轴负方向射出，要使该粒子经过一段时间后又经过方向射出，要使该粒子经过一段时间后又经过O点点, B1与与B2的比值的比值应满足什么条件应满足什么条件?针对练习针对练习2. 如图，在如图，在x0的区域中，的区域中，存在磁感应强度大小分别为存在磁感应强度大小分别为B1与与B2的的匀强磁场，磁场方向均垂直于纸面向匀强磁场，磁场方向均垂直于纸面向里，且里，且B1B2。一个带负电荷的粒子从坐标原点。一个带负电荷的粒子从坐标原点O以速度以速度v沿沿x轴负轴负方向射出，要使该粒子经过一段时
20、间后又经过方向射出，要使该粒子经过一段时间后又经过O点点, B1与与B2的比值的比值应满足什么条件应满足什么条件?,.)3 ,2 ,1(112 nnnBB【延伸思考延伸思考】上题中离子再次回到上题中离子再次回到O点的时间为多少点的时间为多少?【延伸思考延伸思考】上题中离子再次回到上题中离子再次回到O点的时间为多少点的时间为多少? 12121()2(1)2(1, 2, 3,.)m nnTqBBmnqBmnqBn 质谱仪是一种将物质质谱仪是一种将物质电离成离子，然后通过电电离成离子，然后通过电场与磁场对离子作用以达场与磁场对离子作用以达到把不同质量的离子分开到把不同质量的离子分开的目的并对离子的质
21、量进行定性和定量分析的仪器。的目的并对离子的质量进行定性和定量分析的仪器。二、质谱仪二、质谱仪(mass spectrometer)(1)(1)构造构造: :1)容器容器A 2)加速电场加速电场U3)匀强磁场匀强磁场B 4)照相底片照相底片DB、E、q、m、v0BEv 1. 速度选择器速度选择器Ff应用应用: :B、E、q、m、v0.1)改变电性改变电性2)改变电量改变电量3)改变场的方向改变场的方向4)改变场的大小改变场的大小5)将粒子改到从右边入射将粒子改到从右边入射拓展拓展: :Ffv0(1)(1)构造构造: :1)容器容器A 2)加速电场加速电场U3)匀强磁场匀强磁场B 4)照相底片照
22、相底片D22qBmUqBmvr (1)(1)构造构造: :1)容器容器A 2)加速电场加速电场U3)匀强磁场匀强磁场B 4)照相底片照相底片D(2)(2)原理原理: :mqUv2 221mvqU 所以所以22qBmUqBmvr (1)(1)构造构造: :1)容器容器A 2)加速电场加速电场U3)匀强磁场匀强磁场B 4)照相底片照相底片D(2)(2)原理原理: :(3)(3)测量测量: :mqUv2 221mvqU 所以所以 不同质量的带电粒子打出不同谱线不同质量的带电粒子打出不同谱线, 每一条谱线对应一定的质每一条谱线对应一定的质量（或比荷）量（或比荷）.1. 直线加速器直线加速器三、三、加速
23、器加速器1. 直线加速器直线加速器(1)加速原理：加速原理： 利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加三、三、加速器加速器1. 直线加速器直线加速器(2)直线加速器，多级加速直线加速器，多级加速 如图所示是多级加速装置的原理图：如图所示是多级加速装置的原理图：(1)加速原理：加速原理： 利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加三、三、加速器加速器2. 回旋加速器回旋加速器1. 如图回旋加速器是获得高能带电粒子的一种实验装置如图回旋加速器是获得高能带电粒子的一种实验装置, 它的核心部分
24、相当于一个圆形的金属扁盒沿着直径切成两个它的核心部分相当于一个圆形的金属扁盒沿着直径切成两个D形形盒，两个盒，两个D形盒之间有一条很窄的狭缝，带电粒子源放在盒子的形盒之间有一条很窄的狭缝，带电粒子源放在盒子的中心附近，整个装置都处在真空室中中心附近，整个装置都处在真空室中. 磁感应强度为磁感应强度为B的匀强磁场垂直于的匀强磁场垂直于D形形盒的两个圆形底面，高频加速电源的盒的两个圆形底面，高频加速电源的两个极，分别与两个两个极，分别与两个D形盒相连，因此形盒相连，因此两个两个D形盒的窄缝之间有一个方向不断形盒的窄缝之间有一个方向不断改变的电场，改变的电场，这样从带电粒子源发出的带电粒子，这样从带
25、电粒子源发出的带电粒子，在通过窄缝时被加速，在匀强磁场作在通过窄缝时被加速，在匀强磁场作用下做匀速圆周运动，再次通过窄缝用下做匀速圆周运动，再次通过窄缝时又被加速时又被加速最后从最后从D形盒的出口形盒的出口处射出。处射出。(1)如如D形盒的半径为形盒的半径为R，试分析，试分析带电粒子最后从出口处沿切线方向飞出时的动能多大带电粒子最后从出口处沿切线方向飞出时的动能多大? (2)两个两个D形盒的高频加速电压频率形盒的高频加速电压频率f多大多大? (设被加速的带设被加速的带电粒子质量为电粒子质量为m，电荷量为，电荷量为q，重力不计，重力不计)这样从带电粒子源发出的带电粒子，这样从带电粒子源发出的带电
26、粒子，在通过窄缝时被加速，在匀强磁场作在通过窄缝时被加速，在匀强磁场作用下做匀速圆周运动，再次通过窄缝用下做匀速圆周运动，再次通过窄缝时又被加速时又被加速最后从最后从D形盒的出口形盒的出口处射出。处射出。(1)如如D形盒的半径为形盒的半径为R，试分析，试分析带电粒子最后从出口处沿切线方向飞出时的动能多大带电粒子最后从出口处沿切线方向飞出时的动能多大? (2)两个两个D形盒的高频加速电压频率形盒的高频加速电压频率f多大多大? (设被加速的带设被加速的带电粒子质量为电粒子质量为m，电荷量为，电荷量为q，重力不计，重力不计)2222q BRm这样从带电粒子源发出的带电粒子，这样从带电粒子源发出的带电
27、粒子，在通过窄缝时被加速，在匀强磁场作在通过窄缝时被加速，在匀强磁场作用下做匀速圆周运动，再次通过窄缝用下做匀速圆周运动，再次通过窄缝时又被加速时又被加速最后从最后从D形盒的出口形盒的出口处射出。处射出。(1)如如D形盒的半径为形盒的半径为R，试分析，试分析带电粒子最后从出口处沿切线方向飞出时的动能多大带电粒子最后从出口处沿切线方向飞出时的动能多大? (2)两个两个D形盒的高频加速电压频率形盒的高频加速电压频率f多大多大? (设被加速的带设被加速的带电粒子质量为电粒子质量为m，电荷量为，电荷量为q，重力不计，重力不计)2222q BRm2B qm 2. 设在回旋加速器设在回旋加速器D形盒中加的
28、匀强磁场的磁感应强度为形盒中加的匀强磁场的磁感应强度为B，D形盒最大半径为形盒最大半径为R, 用来加速质量为用来加速质量为m、带电荷量为、带电荷量为q的离的离子子, 每次加速时的电压为每次加速时的电压为U，保持不变，保持不变, 现将离子加速到最大动现将离子加速到最大动能能, 从从D形盒边缘引出形盒边缘引出, 求离子从静止开始加速到引出的全过程求离子从静止开始加速到引出的全过程的运动总时间的运动总时间(忽略加速过程的时间忽略加速过程的时间).2. 设在回旋加速器设在回旋加速器D形盒中加的匀强磁场的磁感应强度为形盒中加的匀强磁场的磁感应强度为B，D形盒最大半径为形盒最大半径为R, 用来加速质量为用
29、来加速质量为m、带电荷量为、带电荷量为q的离的离子子, 每次加速时的电压为每次加速时的电压为U，保持不变，保持不变, 现将离子加速到最大动现将离子加速到最大动能能, 从从D形盒边缘引出形盒边缘引出, 求离子从静止开始加速到引出的全过程求离子从静止开始加速到引出的全过程的运动总时间的运动总时间(忽略加速过程的时间忽略加速过程的时间).222TnmB RtnB qU 2. 设在回旋加速器设在回旋加速器D形盒中加的匀强磁场的磁感应强度为形盒中加的匀强磁场的磁感应强度为B，D形盒最大半径为形盒最大半径为R, 用来加速质量为用来加速质量为m、带电荷量为、带电荷量为q的离的离子子, 每次加速时的电压为每次
30、加速时的电压为U，保持不变，保持不变, 现将离子加速到最大动现将离子加速到最大动能能, 从从D形盒边缘引出形盒边缘引出, 求离子从静止开始加速到引出的全过程求离子从静止开始加速到引出的全过程的运动总时间的运动总时间(忽略加速过程的时间忽略加速过程的时间).222TnmB RtnB qU 【拓展拓展】若加速过程的时间不能忽略又如何？若加速过程的时间不能忽略又如何？2. 设在回旋加速器设在回旋加速器D形盒中加的匀强磁场的磁感应强度为形盒中加的匀强磁场的磁感应强度为B，D形盒最大半径为形盒最大半径为R, 用来加速质量为用来加速质量为m、带电荷量为、带电荷量为q的离的离子子, 每次加速时的电压为每次加
31、速时的电压为U，保持不变，保持不变, 现将离子加速到最大动现将离子加速到最大动能能, 从从D形盒边缘引出形盒边缘引出, 求离子从静止开始加速到引出的全过程求离子从静止开始加速到引出的全过程的运动总时间的运动总时间(忽略加速过程的时间忽略加速过程的时间).222TnmB RtnB qU 【拓展拓展】若加速过程的时间不能忽略又如何？若加速过程的时间不能忽略又如何？/电电vB qRU qB R dtamdmU 总总电电磁磁ttt 为什么带电粒子经回旋加速器加速后的最终能量与加为什么带电粒子经回旋加速器加速后的最终能量与加速电压无关？速电压无关？思考与讨论：思考与讨论： 为什么带电粒子经回旋加速器加速
32、后的最终能量与加为什么带电粒子经回旋加速器加速后的最终能量与加速电压无关？速电压无关？思考与讨论：思考与讨论：回旋加速器利用两回旋加速器利用两D形盒窄缝间的电场使带电粒子加形盒窄缝间的电场使带电粒子加速，利用速，利用D形盒内的磁场使带电粒子偏转，带电粒子所能形盒内的磁场使带电粒子偏转，带电粒子所能获得的最终能量与获得的最终能量与B和和R有关，与有关，与U无关无关.小结小结思考与讨论：思考与讨论：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，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？我们是不是就可以使带电粒子获得任意高的能量吗？ 思考与讨论：思考与
33、讨论：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，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？我们是不是就可以使带电粒子获得任意高的能量吗？ 不能 指电场、磁场和重力场并存，或其中某两场并存，指电场、磁场和重力场并存，或其中某两场并存，或分区存在。粒子连续运动时，可能要同时考虑电场或分区存在。粒子连续运动时，可能要同时考虑电场力、洛伦兹力和重力的作用。力、洛伦兹力和重力的作用。一、复合场一、复合场二、带电粒子在复合场中运动的解题方法二、带电粒子在复合场中运动的解题方法1. 正确地分析带电粒子的受力情况正确地分析带电粒子的受力情况:除重力、弹力、摩
34、擦力等力外除重力、弹力、摩擦力等力外, 要特别注意电场力要特别注意电场力和磁场力的分析和磁场力的分析; 注意判断粒子受重力能否忽略注意判断粒子受重力能否忽略: 一般带电物体、小一般带电物体、小球、微粒、液滴等所受重力都不能忽略；微观粒子（如质球、微粒、液滴等所受重力都不能忽略；微观粒子（如质子、电子、子、电子、 粒子等）的重力不计粒子等）的重力不计2. 正确分析带电粒子的运动情况正确分析带电粒子的运动情况: 找出物体的速度、位置及变化特点，分析运动过找出物体的速度、位置及变化特点，分析运动过程。如果出现临界状态，要分析临界条件程。如果出现临界状态，要分析临界条件.3. 恰当地运用动力学三大方法
35、解决问题恰当地运用动力学三大方法解决问题:a. 牛顿运动定律与运动学公式牛顿运动定律与运动学公式(只适用于匀变速运动只适用于匀变速运动)b. 用动量的观点分析用动量的观点分析(动量定理或动量守恒定律动量定理或动量守恒定律)c. 用能量的观点分析用能量的观点分析(动能定理或能量守恒定律动能定理或能量守恒定律). (注意三种力注意三种力做功的特点：做功的特点： 重力、电场力做功与路径无关，洛伦兹力永远不做功重力、电场力做功与路径无关，洛伦兹力永远不做功)B、E、q、m、v0BEv 1. 速度选择器速度选择器Ff应用应用: :B、E、q、m、v0.1)改变电性改变电性2)改变电量改变电量3)改变场的
36、方向改变场的方向4)改变场的大小改变场的大小5)将粒子改到从右边入射将粒子改到从右边入射拓展拓展: :Ffv02. 一带正电的粒子以速度一带正电的粒子以速度v0垂直飞入如图所示的电场垂直飞入如图所示的电场和磁场共有的区域，和磁场共有的区域，B、E及及v0三者方向如图所示，已知粒三者方向如图所示，已知粒子在运动过程中所受的重力恰与电场力平衡，则带电粒子子在运动过程中所受的重力恰与电场力平衡，则带电粒子在运动过程中在运动过程中 ( )A. 机械能守恒机械能守恒B. 速度始终不变速度始终不变C. 动能始终不变动能始终不变D. 电势能与机械能总和守恒电势能与机械能总和守恒EBv02. 一带正电的粒子以
37、速度一带正电的粒子以速度v0垂直飞入如图所示的电场垂直飞入如图所示的电场和磁场共有的区域，和磁场共有的区域，B、E及及v0三者方向如图所示，已知粒三者方向如图所示，已知粒子在运动过程中所受的重力恰与电场力平衡，则带电粒子子在运动过程中所受的重力恰与电场力平衡，则带电粒子在运动过程中在运动过程中 ( )A. 机械能守恒机械能守恒B. 速度始终不变速度始终不变C. 动能始终不变动能始终不变D. 电势能与机械能总和守恒电势能与机械能总和守恒EBv0CD 3. 质量为质量为m, 带电荷量为带电荷量为q的微粒以速度的微粒以速度v与匀强电场方与匀强电场方向成向成45 角进入正交的水平匀强电场和匀强磁场区域
38、，如图，角进入正交的水平匀强电场和匀强磁场区域，如图，磁场的方向垂直于纸面向里，如微粒在电场力、磁场力、磁场的方向垂直于纸面向里，如微粒在电场力、磁场力、重力的作用下做匀速直线运动，则电场强度的大小为重力的作用下做匀速直线运动，则电场强度的大小为E=_，磁感应强度的，磁感应强度的大小为大小为B=_. 45 mqBE 3. 质量为质量为m, 带电荷量为带电荷量为q的微粒以速度的微粒以速度v与匀强电场方与匀强电场方向成向成45 角进入正交的水平匀强电场和匀强磁场区域，如图，角进入正交的水平匀强电场和匀强磁场区域，如图，磁场的方向垂直于纸面向里，如微粒在电场力、磁场力、磁场的方向垂直于纸面向里，如微
39、粒在电场力、磁场力、重力的作用下做匀速直线运动，则电场强度的大小为重力的作用下做匀速直线运动，则电场强度的大小为E=_，磁感应强度的，磁感应强度的大小为大小为B=_. 45 mqBEm gq 3. 质量为质量为m, 带电荷量为带电荷量为q的微粒以速度的微粒以速度v与匀强电场方与匀强电场方向成向成45 角进入正交的水平匀强电场和匀强磁场区域，如图，角进入正交的水平匀强电场和匀强磁场区域，如图，磁场的方向垂直于纸面向里，如微粒在电场力、磁场力、磁场的方向垂直于纸面向里，如微粒在电场力、磁场力、重力的作用下做匀速直线运动，则电场强度的大小为重力的作用下做匀速直线运动，则电场强度的大小为E=_，磁感应
40、强度的，磁感应强度的大小为大小为B=_. 45 mqBEm gq2m gqv 4. 质量为质量为m，带电荷量，带电荷量+q的小球拴在长为的小球拴在长为L的轻绳上作的轻绳上作偏角为偏角为60 的摆动，现给小球加一个方向垂直于小球摆动平的摆动，现给小球加一个方向垂直于小球摆动平面的水平匀强磁场，磁感应强度的大小为面的水平匀强磁场，磁感应强度的大小为B, 则小球在最低则小球在最低点处对轻绳的拉力为点处对轻绳的拉力为 _. 4. 质量为质量为m，带电荷量，带电荷量+q的小球拴在长为的小球拴在长为L的轻绳上作的轻绳上作偏角为偏角为60 的摆动，现给小球加一个方向垂直于小球摆动平的摆动，现给小球加一个方向
41、垂直于小球摆动平面的水平匀强磁场，磁感应强度的大小为面的水平匀强磁场，磁感应强度的大小为B, 则小球在最低则小球在最低点处对轻绳的拉力为点处对轻绳的拉力为 _.或或22m gqBgLm gqBgL 5. 如图如图，空间存在竖直向下的，空间存在竖直向下的匀强电场和水平方向匀强电场和水平方向(垂直纸面向里垂直纸面向里)的匀强磁场，一离子在电场力和洛伦的匀强磁场，一离子在电场力和洛伦兹力共同作用下，从静止开始自兹力共同作用下，从静止开始自A点点沿曲线沿曲线ACB运动运动, 到达到达B时速度为零，时速度为零，C为运动的最低点，为运动的最低点，不计重力，则不计重力，则( )A. 该离子必带正电荷该离子必
42、带正电荷B. A、B两点位于同一高度两点位于同一高度C. 离子到达离子到达C时的速度最大时的速度最大D. 离子到达离子到达B点后点后, 将沿原曲线返回将沿原曲线返回A点点5. 如图如图，空间存在竖直向下的，空间存在竖直向下的匀强电场和水平方向匀强电场和水平方向(垂直纸面向里垂直纸面向里)的匀强磁场，一离子在电场力和洛伦的匀强磁场，一离子在电场力和洛伦兹力共同作用下，从静止开始自兹力共同作用下，从静止开始自A点点沿曲线沿曲线ACB运动运动, 到达到达B时速度为零，时速度为零，C为运动的最低点，为运动的最低点，不计重力，则不计重力，则( )A. 该离子必带正电荷该离子必带正电荷B. A、B两点位于
43、同一高度两点位于同一高度C. 离子到达离子到达C时的速度最大时的速度最大D. 离子到达离子到达B点后点后, 将沿原曲线返回将沿原曲线返回A点点ABC 6. 如图所示，如图所示，ACD为竖直为竖直面内一连续的光滑且绝缘的面内一连续的光滑且绝缘的轨道轨道(AC为直轨道，为直轨道，CD为半径为半径R的圆弧轨道，且的圆弧轨道，且AC与与CD相相切于切于C点；点；A点距整个轨道的点距整个轨道的最低点的高度为最低点的高度为H，D点的切线水平点的切线水平)。整个轨道处于正交。整个轨道处于正交的匀强电场和匀强磁场中，其中电场方向竖直向下，场强的匀强电场和匀强磁场中，其中电场方向竖直向下，场强为为E，磁场方向垂
44、直于纸面向里，磁感应强度为，磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度为B。ACD现有质量为现有质量为m、电荷量为、电荷量为q的的带正电绝缘物体，从带正电绝缘物体，从A点由静止开点由静止开始沿直轨道滑下并进入圆弧轨道，始沿直轨道滑下并进入圆弧轨道，且能沿圆弧到达且能沿圆弧到达D点点(运动过程中，运动过程中，物体重力不可忽略，电荷量保持不变物体重力不可忽略，电荷量保持不变). 求求: (1)当物体沿圆弧轨道运动，刚到轨道末端当物体沿圆弧轨道运动，刚到轨道末端D瞬间，物瞬间，物体加速度为多大体加速度为多大?(2)当物体沿圆弧轨道运动，刚过轨道末端当物体沿圆弧轨道运动，刚过轨道末端D瞬间，物瞬间，物体的加速度为多大体的加速度为多大?ACD
