帶電粒子在勻強磁場中的運動第一課時探究形

1、 高中物理選修高中物理選修3-1 3-1 第三章第三章 磁場磁場長沙縣三中長沙縣三中 陳澤鋒陳澤鋒復習：復習：1、什么是洛倫茲力？、什么是洛倫茲力？2、帶電粒子在磁場中是否一定受洛倫茲力？、帶電粒子在磁場中是否一定受洛倫茲力？帶電粒子在磁場中將會怎樣運動帶電粒子在磁場中將會怎樣運動 ？思考：思考：一、帶電粒子在勻強磁場中的運動一、帶電粒子在勻強磁場中的運動帶電粒子平行射入勻強磁場時的運動情況是怎么的？ （重力不計）問題問題1：當當V與與B平行時，平行時，F(xiàn)=0，因此做勻速直線運動，因此做勻速直線運動問題問題2：帶電粒子速度與勻強磁場成一定夾角時的：帶電粒子速度與勻強磁場成一定夾角時的運動情況又

2、是如何呢？運動情況又是如何呢？ （重力不計）（重力不計）探究實驗探究實驗1:用磁鐵靠近示波器的顯示屏現(xiàn)象：屏中的圖像位置發(fā)生了變化v原因：電子受到外磁場的影響，其運動軌跡發(fā)生了變化。那么勻強磁場是怎樣改變電子的運動軌跡的呢？探究實驗探究實驗2（1）認識洛倫茲力演示儀）認識洛倫茲力演示儀勵磁線圈（亥姆霍茲線圈）：作用勵磁線圈（亥姆霍茲線圈）：作用是能在兩線圈之間產生平行于兩線圈是能在兩線圈之間產生平行于兩線圈中心連線的勻強磁場中心連線的勻強磁場加速電場：作用是改加速電場：作用是改變電子束出射的速度變電子束出射的速度電子槍：射出電子電子槍：射出電子v洛倫茲力演示儀洛倫茲力演示儀探究過程探究過程：（

3、請大家先理論分析一下，寫上答案）：（請大家先理論分析一下，寫上答案）a a、不加磁場時觀察電子束的徑跡、不加磁場時觀察電子束的徑跡b b、給勵磁線圈通電，觀察電子束的徑跡、給勵磁線圈通電，觀察電子束的徑跡c c、保持初射電子的速度不變，改變磁感應強、保持初射電子的速度不變，改變磁感應強度，觀察電子束徑跡的變化度，觀察電子束徑跡的變化d d、保持磁感應強度不變，改變出射電子的速、保持磁感應強度不變，改變出射電子的速度，觀察電子束徑跡的變化度，觀察電子束徑跡的變化（3）實驗結論）實驗結論沿著與磁場垂直的方向射入磁場的帶電粒子，在勻強磁場中做勻速圓周運動。粒子射入速度不變，磁感應強度增大，軌道半徑減

4、小。磁感應強度不變，粒子射入的速度增加，軌道半徑也增大不加磁場時電子束的徑跡為一直線問題：為什么會有以上實驗現(xiàn)象？問題：為什么會有以上實驗現(xiàn)象？設帶電體電量為設帶電體電量為q，質量為，質量為m，速度為，速度為v，垂直進入垂直進入磁感應強度為磁感應強度為B的勻強磁場中。的勻強磁場中。求帶電體做勻速圓周運動的軌道半徑和周期。求帶電體做勻速圓周運動的軌道半徑和周期。1）、圓周運動的半徑）、圓周運動的半徑mvRqB2）、圓周運動的周期）、圓周運動的周期2 mTqB2vqvBmR2 RTv注意注意:周期與半徑、速度無關周期與半徑、速度無關注意注意:半徑與比荷半徑與比荷(q/m)成反比成反比經(jīng)典例題v【例

5、題例題1】(雙)關于帶電粒子在磁場中的運動，下列說法正確的是：（ ）vA、帶電粒子飛入勻強磁場后，一定做勻速圓周運動vB、帶電粒子飛入勻強磁場后做勻速圓周運動時，速度一定不變vC、帶電粒子飛入勻強磁場后做勻速圓周運動時，洛侖茲力的方向總和運動方向垂直vD、帶電粒子飛入勻強磁場后做勻速圓周運動時，動能一定保持不變CD經(jīng)典例題【例2】如圖所示，一質量為m電量為q的粒子以速度v垂直射入磁感強度為B，寬度為d的勻強磁場中，穿透磁場時速度方向與粒子原來入射方向的夾角是30，則該粒子帶正電還是負電？ 其運動軌跡半徑是多少？ 穿透磁場的時間是多少？例2解答由左手定則可知：該粒子帶負電。 由幾何知識可知其半徑

6、是2d由題知其運動周期為 穿透磁場的時間是t=(30/360)T=(1/12)T=2 mTqB經(jīng)典例題v【例題例題3】 一個帶電粒子，沿垂直于磁場的方向射入一一個帶電粒子，沿垂直于磁場的方向射入一勻強磁場粒子的一段徑跡如圖所示徑跡上的每一勻強磁場粒子的一段徑跡如圖所示徑跡上的每一小段都可近似看成圓弧由于帶電粒子使沿途的空氣小段都可近似看成圓弧由于帶電粒子使沿途的空氣電離，粒子的能量逐漸減少（帶電量不變），從圖中電離，粒子的能量逐漸減少（帶電量不變），從圖中情況可以確定（情況可以確定（ ）vA粒子從粒子從a到到b，帶正電，帶正電 B粒子從粒子從b到到a，帶正電，帶正電vC粒子從粒子從a到到b，帶

7、負電，帶負電 v D粒子從粒子從b到到a，帶負電，帶負電 B如果帶電粒子并如果帶電粒子并不是垂直進入不是垂直進入勻強磁勻強磁場其運動軌跡又當如何？場其運動軌跡又當如何？探究實驗探究實驗3：V與與B不垂直時的運動不垂直時的運動【例題例題4】如圖所示：一個質量為如圖所示：一個質量為m m、電荷量、電荷量為為q q的粒子，從容器下方的小孔的粒子，從容器下方的小孔S S1 1飄入電勢差飄入電勢差為為U U的加速電場，然后經(jīng)過的加速電場，然后經(jīng)過S S3 3沿著與磁場垂直沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度為的方向進入磁感應強度為B B的勻強磁場中，最的勻強磁場中，最后打到照相底片后打到照相底片D D上（

8、如圖）上（如圖）（1 1）求粒子進入磁場）求粒子進入磁場是的速率。是的速率。（2 2）求粒子在磁場中）求粒子在磁場中運動的軌道半徑。運動的軌道半徑。v解：解：(1)粒子在粒子在S1區(qū)做初速度為零的勻加速直區(qū)做初速度為零的勻加速直線運動由動能定理知，粒子在電場中得到線運動由動能定理知，粒子在電場中得到的動能等于電場對它所做的功，即的動能等于電場對它所做的功，即mv2qUv由此可得由此可得v。v(2)粒子做勻速圓周運動所需的向心力是由粒粒子做勻速圓周運動所需的向心力是由粒子所受的洛倫茲力提供，即子所受的洛倫茲力提供，即qvBmv所以粒子的軌道半徑為所以粒子的軌道半徑為rmv/qB質譜儀v1、試述質

9、譜儀的結構。、試述質譜儀的結構。v2、試述質譜儀的工作原理。、試述質譜儀的工作原理。質譜儀由靜電加速器、速度選擇質譜儀由靜電加速器、速度選擇器、偏轉磁場、顯示屏等組成。器、偏轉磁場、顯示屏等組成。電荷量相同而質量有微小差別的粒子，打到照相電荷量相同而質量有微小差別的粒子，打到照相底片不同的地方，在底片上形成若干譜線狀的細底片不同的地方，在底片上形成若干譜線狀的細條，叫質譜線，每一條對應于一定的質量，從譜條，叫質譜線，每一條對應于一定的質量，從譜線的位置可以知道圓周的半徑線的位置可以知道圓周的半徑r，如果再已知帶電，如果再已知帶電粒子的電荷量粒子的電荷量q，就可算出它的質量。，就可算出它的質量。

10、我們可以用裝置來我們可以用裝置來測量比荷或算出質測量比荷或算出質量和分析同位素量和分析同位素.3、什么是同位素？、什么是同位素？4、試述質譜儀的主要用、試述質譜儀的主要用途。途。質子數(shù)相同而質量數(shù)不質子數(shù)相同而質量數(shù)不同的原子互稱為同位素。同的原子互稱為同位素。 經(jīng)典練習v【例題例題5】如圖是質譜儀的工作原理示意圖，帶電粒子被加速電如圖是質譜儀的工作原理示意圖，帶電粒子被加速電場加速后，進入速度選擇器速度選擇器內相互正交的勻強磁場加速后，進入速度選擇器速度選擇器內相互正交的勻強磁場和勻強電場的強度分別為場和勻強電場的強度分別為B和和E.平板平板S上有可讓粒子通過的狹上有可讓粒子通過的狹縫縫P和記錄粒子位置的膠片和記錄粒子位置的膠片A1A2.平板平板S下方有強度為下方有強度為B0的勻強的勻強磁場下列表述不正確的是：磁場下列表述不正確的是：()vA質譜儀是分析同位素的重要工具質譜儀是分析同位素的重要工具vB速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向外速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向外vC能通過狹縫能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于的帶電粒子的速率等于E/BvD粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫粒子打在膠片上