帶電粒子在電磁場中的運動

1、帶電粒子在電磁場中的運動天津市九十六中學(xué)天津市九十六中學(xué) 諶林莉諶林莉新人教版新人教版1E+Vqm2BVqm3同時同時分別分別交替交替問題問題1 1問題問題2 2問題問題3 3問題問題4 4如如果果勻強電場和勻強磁場勻強電場和勻強磁場同時同時在一個空間出現(xiàn)在一個空間出現(xiàn)中，中，帶電粒子的帶電粒子的運動運動會出現(xiàn)哪些可能情況會出現(xiàn)哪些可能情況？問題問題1 1+E-BV研究基本問題研究基本問題 探究解決方法探究解決方法一、帶電粒子在電磁場共存空間的運動一、帶電粒子在電磁場共存空間的運動問題問題2 2問題問題3 3問題問題4 4V+若若改改為為帶帶負(fù)負(fù)電的粒子射入，能做直線運動嗎電的粒子射入，能做直

2、線運動嗎？改變電量呢？改變電量呢？問題問題2 2E-B一、帶電粒子在電磁場共存空間的運動一、帶電粒子在電磁場共存空間的運動研究基本問題研究基本問題 探究解決方法探究解決方法問題問題3 3問題問題4 4若從改變方向從右側(cè)射入場區(qū)呢？若從改變方向從右側(cè)射入場區(qū)呢？問題問題3 3+E-BV一、帶電粒子在電磁場共存空間的運動一、帶電粒子在電磁場共存空間的運動研究基本問題研究基本問題 探究解決方法探究解決方法問題問題4 4若此時想使帶電粒子仍做勻速直線運動，如何調(diào)整？若此時想使帶電粒子仍做勻速直線運動，如何調(diào)整？問題問題4 4+E-BV一、帶電粒子在電磁場共存空間的運動一、帶電粒子在電磁場共存空間的運動

3、研究基本問題研究基本問題 探究解決方法探究解決方法思考思考：粒子源發(fā)射的粒子，如果粒子源發(fā)射的粒子，如果電場電場E E和磁場和磁場B B恒定，恒定， 滿足什么條件的粒子會射出？滿足什么條件的粒子會射出？速度選擇器速度選擇器 BEEqqBFFvv電洛電性電性電量電量速度速度比荷比荷研究基本問題研究基本問題 探究解決方法探究解決方法思考思考：速度選擇器對粒子的電性沒有選擇性，一束正、速度選擇器對粒子的電性沒有選擇性，一束正、負(fù)粒子以速度負(fù)粒子以速度v進(jìn)入均能直線穿過，將進(jìn)入均能直線穿過，將電場撤去電場撤去，會怎，會怎樣？樣？B磁流體發(fā)電機是一種新磁流體發(fā)電機是一種新型的技術(shù)，型的技術(shù)，是將高達(dá)攝是

4、將高達(dá)攝氏氏30003000度、速度達(dá)到度、速度達(dá)到10001000米秒的高溫高速米秒的高溫高速氣體（氣體（等離子體等離子體），噴），噴射到磁場中去，就會在射到磁場中去，就會在極板間獲得極板間獲得穩(wěn)定的電壓穩(wěn)定的電壓，從而將氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化從而將氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能。為電能。你能你能畫出俯視圖，并畫出俯視圖，并用所學(xué)過的知識簡述其原理嗎？用所學(xué)過的知識簡述其原理嗎？建立物理模型建立物理模型 分析應(yīng)用實例分析應(yīng)用實例探究探究1 1：探究探究2 2：為了測量某工廠的污水為了測量某工廠的污水排放量，技術(shù)人員在該廠的排污排放量，技術(shù)人員在該廠的排污管道中安放了流量計管道中安放了流量計。如圖為電如圖為電磁

5、流量計的示意圖磁流量計的示意圖,在非磁性材料在非磁性材料做成的圓管道外加一勻強磁場做成的圓管道外加一勻強磁場,當(dāng)當(dāng)管中的管中的導(dǎo)電液體導(dǎo)電液體流過此磁場區(qū)域流過此磁場區(qū)域時時,測出管壁上的兩點間穩(wěn)定的電測出管壁上的兩點間穩(wěn)定的電勢差勢差U,就可以知道管中液體的流就可以知道管中液體的流量量Q(單位時間內(nèi)流過液體的體單位時間內(nèi)流過液體的體積積).已知管的直徑為已知管的直徑為d,磁感應(yīng)強度為磁感應(yīng)強度為B,你能你能畫出俯視圖，并畫出俯視圖，并推導(dǎo)出推導(dǎo)出Q和和U的關(guān)系嗎？的關(guān)系嗎？電磁流量計電磁流量計u建立物理模型建立物理模型 分析應(yīng)用實例分析應(yīng)用實例vdQ2)2(BvqqdUBdUQ4vBdabU

6、+-建立物理模型建立物理模型 分析應(yīng)用實例分析應(yīng)用實例 思考：思考： 一束混合的帶電粒子（初速為一束混合的帶電粒子（初速為0，不計重力），經(jīng)，不計重力），經(jīng)電場電場U1加速后，加速后，怎樣才能區(qū)分粒子的運動軌跡？怎樣才能區(qū)分粒子的運動軌跡？U2研究基本問題研究基本問題 探究解決方法探究解決方法質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀二、帶電粒子在電磁場組合空間的運動二、帶電粒子在電磁場組合空間的運動探究探究3 3：質(zhì)譜儀的種類有很多，你能區(qū)分以上兩種質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀的種類有很多，你能區(qū)分以上兩種質(zhì)譜儀的功能嗎？的功能嗎？建立物理模型建立物理模型 分析應(yīng)用實例分析應(yīng)用實例小史料： 1897 1897年湯姆遜測量陰極射線粒子的比

7、荷實驗?zāi)隃愤d測量陰極射線粒子的比荷實驗。裝置如圖：適當(dāng)調(diào)節(jié)裝置如圖：適當(dāng)調(diào)節(jié)E E和磁場和磁場B B，使粒子束在電場和磁，使粒子束在電場和磁場的作用下場的作用下沿直線前進(jìn)；沿直線前進(jìn)；然后將電場撤去，粒子束發(fā)生然后將電場撤去，粒子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)射在熒光屏上偏轉(zhuǎn)射在熒光屏上 ，通過幾何參數(shù)的測量可以，通過幾何參數(shù)的測量可以求得粒子的比荷求得粒子的比荷，其值比當(dāng)時已知的氫離子的比荷大千，其值比當(dāng)時已知的氫離子的比荷大千余倍，湯姆遜把這些粒子命名為余倍，湯姆遜把這些粒子命名為“電子電子”。湯姆遜由此湯姆遜由此而獲得了而獲得了19190606年諾年諾貝爾物理學(xué)獎。貝爾物理學(xué)獎。O建立物理模型建立物理模型

8、 分析應(yīng)用實例分析應(yīng)用實例小史料： 現(xiàn)在教科書上都說，金屬導(dǎo)電靠的是電子?，F(xiàn)在教科書上都說，金屬導(dǎo)電靠的是電子。我們怎么知道？我們怎么知道？18971897年湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子后，曾有兩位年湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子后，曾有兩位科科學(xué)家學(xué)家托爾曼托爾曼和和斯圖爾特斯圖爾特曾用實驗方法來證明：讓一曾用實驗方法來證明：讓一塊運動的金屬導(dǎo)體突然剎車，其中的塊運動的金屬導(dǎo)體突然剎車，其中的帶電離粒帶電離粒子便會因子便會因為慣性而聚集到前端使之帶電，而后為慣性而聚集到前端使之帶電，而后端端因為缺少這種電因為缺少這種電荷而帶相反的電荷，于是導(dǎo)體前后兩端之間形成電勢差荷而帶相反的電荷，于是導(dǎo)體前后兩端之間形成電勢差U U，

9、測出電勢差可計算，測出電勢差可計算帶電離粒帶電離粒子的比荷子的比荷。實驗實驗結(jié)果結(jié)果表表明金屬中的導(dǎo)電粒子的比荷明金屬中的導(dǎo)電粒子的比荷的確和電子的比荷相符的確和電子的比荷相符。UaLUaLmq建立物理模型建立物理模型 分析應(yīng)用實例分析應(yīng)用實例勞倫斯與勞倫斯與回旋加速器回旋加速器加加強交流互動強交流互動 關(guān)注科技發(fā)展關(guān)注科技發(fā)展電場、磁場對電場、磁場對帶電粒子作用帶電粒子作用粒子加速器粒子加速器單級加速器單級加速器多級加速器多級加速器回旋加速器回旋加速器回旋同步加回旋同步加速器速器超導(dǎo)磁鐵同超導(dǎo)磁鐵同步加速器步加速器小史料：加加強交流互動強交流互動 關(guān)注科技發(fā)展關(guān)注科技發(fā)展2008.9.10加

10、加強交流互動強交流互動 關(guān)注科技發(fā)展關(guān)注科技發(fā)展 伯克利伯克利輻射輻射實驗室實驗室是勞倫斯先生于是勞倫斯先生于19311931年建立的，早期關(guān)注于高能年建立的，早期關(guān)注于高能物理領(lǐng)域的研究，建起了世界上第一臺回旋加速器和后來的超重離子直線物理領(lǐng)域的研究，建起了世界上第一臺回旋加速器和后來的超重離子直線加速器和高能重離子加速器加速器和高能重離子加速器。發(fā)現(xiàn)了一系列超重元素，開辟了放射性同位發(fā)現(xiàn)了一系列超重元素，開辟了放射性同位素、重離子科學(xué)等研究方向，成為美國乃至世界核物理學(xué)的圣地。勞倫斯素、重離子科學(xué)等研究方向，成為美國乃至世界核物理學(xué)的圣地。勞倫斯終身為加速器的設(shè)計、建造和運行奮斗不息，在他的領(lǐng)導(dǎo)和培養(yǎng)下，或在終身為加速器的設(shè)計、建造和運行奮斗不息，在他的領(lǐng)導(dǎo)和培養(yǎng)下，或在同他的合作中，許多人都做出了重大的科學(xué)貢獻(xiàn)。同他的合作中，許多人都做出了重大的科學(xué)貢獻(xiàn)。該實驗室該實驗室一共培養(yǎng)了一共培養(yǎng)了5 5 位諾貝爾物理學(xué)獎得主和位諾貝爾物理學(xué)獎得主和4 4 位諾貝爾化學(xué)獎位諾貝