1、讲解人： 时间 ：2020.5.20 MENTAL HEALTH COUNSELING PPT 第6节节 带电带电 粒子在匀强磁场场中的运动动 第三章 磁场 人 教 版 高 中 物 理 选 修 3 - 1 课堂导入 美国费费米实验实验 室的回旋加速器直径长长达2km，那么回旋加速器的直径为为什么 要这这么大呢？ 1.理论探究 问题：判断下图中带电粒子（电量q，重力不计）所受洛伦兹力 的大小方向及运动性质. 匀速直线线运动动 F=qvB F=0 猜想：匀速圆圆周运动动 ？ 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 V V - - F洛 V V - - F洛 V V - - F洛 V V - - F洛 洛伦
2、兹伦兹 力只起向心力的作用，所以只在 洛仑兹仑兹 力的作用下，带电带电 粒子将作匀速 圆圆周运动动. 推理验证验证 洛伦兹力对带电 粒子不做功，使得粒子速度的大小不变，所以洛伦兹力大小也 不改变；而且洛伦兹力总与速度方向垂直，正好起到了向心力的作用. 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 进一步探究 一带电量为q质量为m速度为v的带电粒子, 垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，试 推导其作圆周运动的半径和周期分别是多大 ？ 说明: (1)轨道半径与粒子的运动速率成正比. (2)周期与圆半径及运动速率均无关. 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 亥姆霍 兹线兹线 圈 电电 子 枪枪 磁场场强弱 选择挡选择
3、挡 （1）洛伦兹伦兹 力演示仪仪 加速电压选择挡电压选择挡 励磁线线圈（亥姆霍兹线兹线 圈）：能在两线线 圈之间产间产 生平行于两线线圈中心连线连线 的匀强 磁场场. 加速电场电场 ：改变电变电 子束射出的速度. 电电子枪枪：射出电电子. 2.实验验证实验验证 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 （2）实验实验 演示 不加磁场时观 察电子束的径迹. 给励磁线圈通电，观察电子束的径迹. 保持出射电子的速度不变，改变磁感应强度，观察电子束径迹的变 化. 保持磁感应强度不变，改变出射电子的速度，观察电子束径迹的变 化. 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 洛伦兹伦兹 力演示仪仪 一、带电粒子在匀强磁场中的运
4、动 （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，在匀强磁场中做匀速圆周 运动. 磁感应强度不变粒子射入的速度增大，轨道半径也增大. 粒子射入速度不变，磁感应强度增大，轨道半径减小. 【归纳总结归纳总结 】 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 格雷塞尔气泡室显显示 的带电带电 粒子在匀强磁 场场中的运动动径迹 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 有的粒子运动过动过 程中能量降低，速度减小，径迹就呈螺旋形. 【例1】.如图所示，一束电子（电量为e）以速度v垂直射入磁感应强度为B， 宽度为d的匀强磁场中，穿透磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是30 ，则电子的质量是 ，穿透磁场的时间
5、是 . 典型例题 【例2】.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，磁感强 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感线以速度v水平射入磁场，欲使粒子 不打在极板上，可采用的办法是：（ AB ） A使粒子的速度v C使粒子的速度v D使粒子的速度 典型例题 1.质谱仪 是测量带电粒子质量和分析同位素(测比荷）的工具 2.半径的推导 可见半径不同则比荷不同，就意味着它们是不同的粒子. 二、探究质谱仪 的原理 (一）直线加速器 缺陷：直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间范围内 制造直线加速器受到一定的限制 由动
6、能定理得带电粒子经n极电场加速后增加的动能为： 三、回旋加速器的原理 1.结构： (1)两个D形盒及两个大磁极 (2)D形盒间的窄缝 (3)高频交流电 （二）回旋加速器 三、回旋加速器的原理 2.原理 （1）电场的作用：使粒子加速 （2）磁场的作用：使粒子回旋 （3）交变电压 ：保证带电 粒子 每次经过窄缝时都被加速 思考：粒子不断加速，它的速度和半径都在不断增大，为为了满满足同步条件，电电 源的频频率也要相应发应发 生变变化吗吗？ 不需变变化，因为带电为带电 粒子在匀强磁场场中的运 动动周期 ，与运动动速率无关. 三、回旋加速器的原理 回旋加速器的原理分析 三、回旋加速器的原理 问题1：已知
7、D形盒的直径为D，匀强磁场的磁感应强度为B， 交变电压 的电压为 U， 求:(1)从出口射出时，粒子的动能Ek=? (2)要增大粒子的最大动能可采取哪些措施? D D V=V=？ U U B B 典型例题 问题2： D越大，EK越大，是不是只要D不断增大，EK 就可以无限制增大呢? 实际并非如此这是因为当粒子的速率大到接近光速时，按照相对论原理， 粒子的质量将随速率增大而明显地增加，从而使粒子的回旋周期也随之变化 ，这就破坏了加速器的同步条件 典型例题 带电粒子在匀强 磁场中的运动 vB vB 应用 匀速直线运动 匀速圆周运动 回旋加速器原理： 半径： 周期： 电场 加速磁场回旋 课堂小结 讲解人： 时间 ：2020.5.20 MENTAL HEALTH COUNSELING PPT 感谢谢各位的聆听 第三章 磁场 人 教 版 高 中 物 理 选 修 3 - 1
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