人教版高中物理《带电粒子在匀强磁场中的运动》课件.ppt

1、高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切新课标高中物理选修3-1第三章 磁场第一页，共31页。新课标高中物理选修3-1 第三章 磁第一节第一页，共3 1高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切+B第二页，共31页。回顾与思考 1、什么是洛伦兹力？方高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切 B 当当 vB 时时 F洛洛=0 （电荷不受洛仑兹（电荷不受洛仑兹力作用）力作用）第三页，共31页。一、带

2、电粒子在匀强磁场中的运动1、运动的轨迹：问题1高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切 第四页，共31页。一、带电粒子在匀强磁场中的运动1、运动的轨迹：问题2高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切洛伦兹力演示仪洛伦兹力演示仪SN第五页，共31页。洛伦兹力演示仪电子枪加速电压励磁线圈S N 励磁电流第五页，共高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切 第六页，共31页。洛伦兹力演示仪 工作原理：

3、由电子枪发出的电子射线可以高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切 带电粒子在匀强用场中运动轨迹 第七页，共31页。观察实验：不加磁场：电子束径迹是直线带电粒子在匀强高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切 vBqF=洛洛rvm2r=v第八页，共31页。2、轨道半径和周期 思考与讨：一带电量为q，质高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切 qBmvrTp pp p22=r=v第九页，共31页。

4、2、轨道半径和周期 思考与讨：一带电量为q，质高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切-ev2v-eveBmvr 轨道半径与粒子射入的轨道半径与粒子射入的速度成正比。速度成正比。第十页，共31页。【例题1】匀强磁场中，有两个电子分别以速率v 和高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切r=v第十一页，共31页。【习题2】如图所示，在加有匀强磁场的区域中，一高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切

5、O1 2 3V解析：因解析：因 r3 r2 r1r=vqBmvrTp pp p22=第十二页，共31页。【例题1】同一种带电粒子以不同的速度垂直磁场边高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切第十三页，共31页。【例题2】一个质量为m、电荷量为q 的粒子，从容高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切阿斯顿：他用质谱仪发现了同位素氖阿斯顿：他用质谱仪发现了同位素氖20和氖和氖22第十四页，共31页。质谱仪阿斯顿：他用质谱仪发现了同位素氖2 0 和氖2 2 第十四页

6、，高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切(3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图3所示)第十五页，共31页。(3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图3 所示)第十五页高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切(1)直线边界(进出磁场具有对称性，如图1所示)图1(2)平行边界(存在临界条件，如图2所示)图2第十六页，共31页。(1)直线边界(进出磁场具有对称性，如图1 所示)图1 第十六高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败

7、，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切如图如图,虚线上方存在无穷大磁场，带正电质量虚线上方存在无穷大磁场，带正电质量m m、电量、电量q q的粒子的粒子以速度以速度v v沿与虚线成沿与虚线成60600 0、90900 0、1201200 0、1801800 0角分别射入，请角分别射入，请你作出几种情况下粒子轨迹、并求其在磁场中运动的时间你作出几种情况下粒子轨迹、并求其在磁场中运动的时间。粒子在磁场中做圆周运动的对称规律粒子在磁场中做圆周运动的对称规律:从同一直线边界射入从同一直线边界射入的粒子，从同一边界射出时，速度与边界的夹角相等。的粒子，从同一边界射出时，速度与边界的夹角相等。第十七页，

8、共31页。如图,虚线上方存在无穷大磁场，带正电质量m、电量q 的粒子以速高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切入射角入射角600时时:qBmqBmt32231ppO入射角入射角1200时时:qBmqBmt34232ppO第十八页，共31页。入射角6 0 0 时:O 入射角1 2 0 0 时:O 第十八页，共3 1 页。高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切3、带电粒子进入匀强磁场中会做什么运动呢？（重力不计）【习题2】如图所示，在加有匀强磁场的区域中，一垂

9、直于磁场方向射入的带电粒子，其间通过绝缘板，（无电量损失）轨迹如图所示，从图中可以看出：（）B定、V变大：电子束径迹半径变大求:(1)电子的质量m=?当 vB 时 F洛=0 （电荷不受洛仑兹力作用）磁场中做圆周运动,周期不变.(3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图3所示)带电粒子在匀强用场中运动轨迹求匀强磁场的磁感应强度B和射出点的坐标。=60 0，则初速度有什么要求？1 2 3求匀强磁场的磁感应强度B和射出点的坐标。(2)电子在磁场中的运动时间t=?随着径迹半径的增大，走过半圆所需时间越多？-洛伦兹力提供向心力.D形盒直径为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

10、初速度为零。1、什么是洛伦兹力？方向怎样判定？（1）求粒子进入磁场时的速率;随着径迹半径的增大，走过半圆所需时间越多？（注意：电场加速过程中,时间极短,可忽略.2、找临界状态：带电粒子做：匀速圆周运动。2、轨道半径和周期2、找临界状态：B定、V变大：电子束径迹半径变大B变大、V定：电子束径迹半径变小入射角入射角900时时:O入射角入射角1800时时:qBmqBmtpp221qBmtp2O第十九页，共31页。3、带电粒子进入匀强磁场中会做什么运动呢？（重力不计）入射角高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切例例3:如图，一束电子

11、（电量为如图，一束电子（电量为e)e)以速度以速度V V垂直射入磁感应强度垂直射入磁感应强度为为B B、宽度为、宽度为d d的匀强磁场，穿透磁场时的速度与电子原来的入的匀强磁场，穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹角为射方向的夹角为30300 0。求求:(:(1)1)电子的质量电子的质量m=?(2)(2)电子在磁场中的运动时间电子在磁场中的运动时间t=?dBevO1.找圆心找圆心2.定半径定半径3.确定运动时间确定运动时间qBmp2p2t 第二十页，共31页。例3:如图，一束电子（电量为e)以速度V 垂直射入磁感应强度高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态

12、度决定一切细节决定成败，态度决定一切直线加速器直线加速器+-+-第二十一页，共31页。回旋加速器直线加速器+-+-第二十一页，共3 1 页。高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切 两两D形盒中有形盒中有匀强磁场匀强磁场无电场，无电场，磁场磁场使粒子使粒子回旋回旋。两两D形盒间缝隙有形盒间缝隙有交变电场交变电场无磁场无磁场，电场电场使粒子使粒子加速。加速。随着粒子速度的增大，走过半圆所需时间越短？随着粒子速度的增大，走过半圆所需时间越短？随着径迹半径的增大，走过半圆所需时间越多？随着径迹半径的增大，走过半圆所需时间越多？第二十

13、二页，共31页。两D 形盒中有匀强磁场无电场，磁场使粒子回旋。两D高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切1.1.磁场中做圆周运动磁场中做圆周运动,周期不变周期不变.每一个周期加速几次？每一个周期加速几次？2.2.电场的变化周期有何规律？一个周期方向变化几次？电场的变化周期有何规律？一个周期方向变化几次？3.3.粒子加速的最大速度由何决定？粒子加速的最大速度由何决定？（注意：电场加速过程中（注意：电场加速过程中,时间极短时间极短,可忽略可忽略.）第二十三页，共31页。1.磁场中做圆周运动,周期不变.每一个周期加速几次？回旋加速

14、高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切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形盒直径为形盒直径为d，用该回旋加速器加速质量为用该回旋加速器加速质量为m,电量为电量为q的粒子的粒子,设粒子加速设粒子加速前的初速度为零。求：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？高频电极周期为多大？高频电极周期为多大？（2）粒子的最大速度、最大动能各是多大？）粒子的最大速度、最大动能各是多大？（3）粒子在同一个）粒子在同一个D形盒中相邻两条轨道半径比形盒中相邻两条轨道半径比?第二十四页

15、，共31页。例1：回旋加速器中磁场的磁感应强度为B。D 形盒直径为d，用该高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切-洛伦兹力提供向心力.1、什么是洛伦兹力？方向怎样判定？一、带电粒子在匀强磁场中的运动变化1：在上题中若电子的电量e，质量m，磁感应强度B及宽度d已知，若要求电子不从右边界穿出，则初速度V0有什么要求？问题1：带电粒子平行射入匀强磁场的运动状态？（重力不计）（3）三束粒子从O点出发分别到达1、2、3点所用的时间关系如何？求:(1)电子的质量m=?运动周期和电子的速率无关，两个电子同时回到原来的出发点。解析：因 r3

16、 r2 r1例3:如图，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，穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹角为300。洛伦兹力提供向心力：（3）粒子在同一个D形盒中相邻两条轨道半径比?洛伦兹力提供向心力：B定、V变大：电子束径迹半径变大如图,虚线上方存在无穷大磁场，带正电质量m、电量q的粒子以速度v沿与虚线成600、900、1200、1800角分别射入，请你作出几种情况下粒子轨迹、并求其在磁场中运动的时间t。VB F洛=0带电粒子做：匀速直线运动。（洛伦兹力提供向心力）两D形盒间缝隙有交变电场无磁场，电场使粒子加速。3、带电粒子进入匀强磁场中会做什么运动呢？（重力

17、不计）欧核中心？欧核中心？欧核中心的大型强子对撞机（欧核中心的大型强子对撞机（LHC）是）是迄今为止世界上规模最大的粒子对撞机。迄今为止世界上规模最大的粒子对撞机。对撞机对撞机开足马力开足马力后，能把数以百万计的后，能把数以百万计的粒子加速至将近每秒钟粒子加速至将近每秒钟30万公里，相当于光速万公里，相当于光速的的99.9999991%，能够产生，能够产生14 TeV对撞能量。对撞能量。对撞机周长有对撞机周长有27公里，粒子流每秒可在周长为公里，粒子流每秒可在周长为26.659公里的隧道内狂飙公里的隧道内狂飙11245圈。圈。（299780.455公里）公里）第二十五页，共31页。-洛伦兹力提

18、供向心力.欧核中心？欧核高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切条件：条件：BV F洛洛RvBqf=洛洛Rvm2R=vqBmvRTp pp p22=第二十六页，共31页。本节小结:带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切 V V0 0P PM MO OV V第二十七页，共31页。带电粒子做圆周运动的分析方法 （）已知入射方向高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定

19、一切 Be v0dB第二十八页，共31页。变化1：在上题中若电子的电量e，质量m，磁感应强高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切第二十九页，共31页。变化2：若初速度向下与边界成第二十九页，共3 1 页。高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切第三十页，共31页。变化3：若初速度向上与边界成第三十页，共3 1 页。高二物理备课组高二物理备课组制作人：王怀龙制作人：王怀龙细节决定成败，态度决定一切细节决定成败，态度决定一切 y x oBv v a O/3第三十一页，共31页。【习题3】一个质量为m电荷量为q 的带电粒子