高中物理 3.6帶電粒子在勻強磁場中的運動課件 新人教選修31

1、2021/8/11 星期三1第三章磁場第六節(jié)帶電粒子在勻強磁場中的運動2021/8/11 星期三2教學(xué)目標(biāo) （一）知識與技能1、知道什么是洛倫茲力.利用左手定則判斷洛倫茲力的方向.2、知道洛倫茲力大小的推理過程.3、掌握垂直進(jìn)入磁場方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計算.4、了解v和B垂直時的洛倫茲力大小及方向判斷.理解洛倫茲力對電荷不做功. 5、了解電視顯像管的工作原理（二）過程與方法通過觀察，形成洛倫茲力的概念，同時明確洛倫茲力與安培力的關(guān)系(微觀與宏觀)，洛倫茲力的方向也可以用左手定則判斷。通過思考與討論，推導(dǎo)出洛倫茲力的大小公式F=qvBsin。最后了解洛倫茲力的一個應(yīng)用電視顯像管中的

2、磁偏轉(zhuǎn)。2021/8/11 星期三3（三）情感態(tài)度與價值觀引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)會觀察、分析、推理，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和研究方法。讓學(xué)生認(rèn)真體會科學(xué)研究最基本的思維方法:“推理假設(shè)實驗驗證”。二、重點與難點：重點：1.利用左手定則會判斷洛倫茲力的方向.2.掌握垂直進(jìn)入磁場方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計算.這一節(jié)承上(安培力)啟下(帶電粒子在磁場中的運動)，是本章的重點難點：1.洛倫茲力對帶電粒子不做功.2.洛倫茲力方向的判斷.三、教具：電子射線管、高壓電源、磁鐵、多媒體2021/8/11 星期三4帶電粒子在勻強磁場中的運動(1)第課時2021/8/11 星期三53、某些帶電體是否考慮重力，要根

3、據(jù)題目暗示或運動狀態(tài)來判定磁場中的帶電粒子一般可分為兩類：1、帶電的基本粒子：如電子，質(zhì)子，粒子，正負(fù)離子等。這些粒子所受重力和洛侖磁力相比在小得多，除非有說明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。（但并不能忽略質(zhì)量）。2、帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有說明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。2021/8/11 星期三6判斷下圖中帶電粒子（電量q，重力不計）所受洛倫茲力的大小和方向：一、運動形式1、勻速直線運動。2、?2021/8/11 星期三7如果帶電粒子射入勻強磁場時,初速度方向與磁場方向垂直,粒子僅在洛倫茲力的作用下將作什么運動?2021/8/11 星期三81、圓周運動的半徑2、

4、圓周運動的周期思考：周期與速度、半徑什么關(guān)系？2021/8/11 星期三9粒子運動方向與磁場有一夾角 （大于0度小于90度）軌跡為螺線2021/8/11 星期三10帶電粒子在磁場中運動情況研究1、找圓心：方法2、定半徑：3、確定運動時間：注意：用弧度表示幾何法求半徑向心力公式求半徑利用vR利用弦的中垂線2021/8/11 星期三11 例：垂直紙面向外的勻強磁場僅限于寬度為d的條形區(qū)域內(nèi)，磁感應(yīng)強度為B一個質(zhì)量為m、電量為q的粒子以一定的速度垂直于磁場邊界方向從點垂直飛入磁場 區(qū)，如圖所示，當(dāng)它飛 離磁場區(qū)時，運動方向 偏轉(zhuǎn)角試求粒子的 運動速度v以及在磁場中 運動的時間t2021/8/11 星

5、期三12 例題 一個質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子，從容器下方的小孔S1飄入電勢差為U的加速電場，其初速度幾乎為零，然后經(jīng)過S3沿著與磁場垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，最后打到照相底片D上。（1）求粒子進(jìn)入磁場時的速率。（2）求粒子在磁場中運動的軌道半徑。2021/8/11 星期三13質(zhì)譜儀通過測出粒子圓周運動的半徑，計算粒子的比荷或質(zhì)量及分析同位素的儀器.2021/8/11 星期三14 練習(xí)2 氘核和粒子，從靜止開始經(jīng)相同電場加速后，垂直進(jìn)入同一勻強磁場作圓周運動.則這兩個粒子的動能之比為多少？軌道半徑之比為多少？周期之比為多少？2021/8/11 星期三15 練習(xí)1如圖，一束具有各

6、種速率的帶正一個元電荷的兩種銅離子質(zhì)量分別為m1和m2 ,水平地經(jīng)小孔S進(jìn)入有互相垂直的勻強電場和勻強磁場的區(qū)域，其中磁場、電場方向如圖，只有那些路徑不發(fā)生偏轉(zhuǎn)的離子才能通過另一小孔進(jìn)入勻強磁場中，此后兩種離子將沿不同路徑做圓周運動,到達(dá)底片P時兩離子間距為d，求此d值。已知：E=1.00 105V/m B=0.40TB=0.50Tm1=63 1.66 10-27kgm2=65 1.66 10-27kg,2021/8/11 星期三162、如圖所示，在半徑為R 的圓的范圍內(nèi)，有勻強磁場，方向垂直圓所在平面向里一帶負(fù)電的質(zhì)量為m電量為q粒子，從A點沿半徑AO的方向射入，并從C點射出磁場AOC120

7、o則此粒子在磁場中運行的時間t_(不計重力) ABRvvO120C2021/8/11 星期三17dBev1、如圖所示，一束電子（電量為e)以速度V垂直射入磁感應(yīng)強度為B、寬度為d的勻強磁場，穿透磁場時的速度與電子原來的入射方向的夾角為300。求 : (1) 電子的質(zhì)量m=? (2) 電子在磁場中的運動時間t=?2021/8/11 星期三18練習(xí)教材P102頁第1,2,32021/8/11 星期三19帶電粒子在勻強磁場中的運動(2)第課時2021/8/11 星期三201、圓周運動的半徑2、圓周運動的周期思考：周期與速度、半徑什么關(guān)系？復(fù)習(xí)回顧2021/8/11 星期三21帶電粒子在磁場中運動情況

8、研究1、找圓心：方法2、定半徑：3、確定運動時間：注意：用弧度表示幾何法求半徑向心力公式求半徑利用vR利用弦的中垂線2021/8/11 星期三22例:如圖所示，在第一象限有磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，一個質(zhì)量為m，帶電量為+q的粒子以速度v從O點射入磁場，角已知，求粒子在磁場中飛行的時間和飛離磁場的位置（粒子重力不計）2021/8/11 星期三23直線加速器粒子在每個加速電場中的運動時間相等，因為交變電壓的變化周期相同2021/8/11 星期三24回旋加速器 2021/8/11 星期三252回旋加速器 2021/8/11 星期三26回旋加速器兩D形盒中有勻強磁場無電場，盒間縫隙有交變電場。電場使

9、粒子加速，磁場使粒子回旋。粒子回旋的周期不隨半徑改變。讓電場方向變化的周期與粒子回旋的周期一致，從而保證粒子始終被加速。2021/8/11 星期三27 練習(xí)：回旋加速器中磁場的磁感應(yīng)強度為B，D形盒的直徑為d，用該回旋加速器加速質(zhì)量為m、電量為q的粒子，設(shè)粒子加速前的初速度為零。求：（1） 粒子的回轉(zhuǎn)周期是多大？（2）高頻電極的周期為多大？（3） 粒子的最大速度最大動能各是多大？（4） 粒子在同一個D形盒中相鄰兩條軌道半徑之比2021/8/11 星期三28在磁場中做圓周運動,周期不變每一個周期加速兩次電場的周期與粒子在磁場中做圓周運動周期相同電場一個周期中方向變化兩次粒子加速的最大速度由盒的半

10、徑?jīng)Q定電場加速過程中,時間極短,可忽略結(jié)論2021/8/11 星期三29.關(guān)于回旋加速器的工作原理，下列說法正確的是：A、電場用來加速帶電粒子，磁場則使帶電粒子回旋B、電場和磁場同時用來加速帶電粒子C、同一加速器，對某種確定的粒子，它獲得的最大動能由加速電壓決定D、同一加速器，對某種確定的粒子，它獲得的最大動能由磁感應(yīng)強度B決定和加速電壓決定(A)2021/8/11 星期三30IBdh霍爾效應(yīng)I=neSv=nedhveU/h=evBU=IB/ned=kIB/dk是霍爾系數(shù)2021/8/11 星期三31練習(xí)（2000理科綜合）如圖所示厚度為h，寬度為d的導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強度為B的均勻磁

11、場中，當(dāng)電流通過導(dǎo)體板時，在導(dǎo)體板的上側(cè)面A和下側(cè)面A之間會產(chǎn)生電勢差這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)實驗表明，當(dāng)磁場不太強時，電勢差U、電流I和B的關(guān)系為U=kIB/d式中的比例系數(shù)K稱為霍爾系數(shù) 霍爾效應(yīng)可解釋如下：外部磁場的洛侖茲力使運動的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè)，在導(dǎo)體板的另一側(cè)會出現(xiàn)多余的正電荷，從而形成橫向電場橫向電場對電子施加與洛侖茲力方向相反的靜電力當(dāng)靜電力與洛侖茲力達(dá)到平衡時，導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間就會形成穩(wěn)定的電勢差。設(shè)電流I是電子的定向流動形成的，電子的平均定向速度為v，電量為e回答下列問題：2021/8/11 星期三32（1）達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，導(dǎo)體板上側(cè)面A的電勢 下側(cè)面A的電勢（填：高于

12、、低于或等于）。(2)電子所受的洛侖茲力的大小為 。(3)當(dāng)導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間的電勢差為U時，電子所受靜電力的大小為 。(4)由靜電力和洛侖茲力平衡的條件，證明霍爾系數(shù)為k=1/ne其中n代表導(dǎo)體板單位體積中電子的個數(shù)導(dǎo)學(xué)P98頁第21題2021/8/11 星期三33帶電粒子在勻強磁場中的運動(3)第課時2021/8/11 星期三34帶電粒子在無界勻強磁場中的運動F洛=0勻速直線運動F洛=Bqv勻速圓周運動F洛=Bqv等距螺旋（090）V/BVBv與B成角在只有洛侖茲力的作用下2021/8/11 星期三35帶電粒子在磁場中運動情況研究1、找圓心：方法2、定半徑：3、確定運動時間：注意：用弧度表

13、示幾何法求半徑向心力公式求半徑利用vR利用弦的中垂線2021/8/11 星期三36確定帶電粒子在磁場中運動軌跡的方法1、物理方法：作出帶電粒子在磁場中兩個位置所受洛侖茲力，沿其方向延長線的交點確定圓心，從而確定其運動軌跡。2、物理和幾何方法：作出帶電粒子在磁場中某個位置所受洛侖茲力，沿其方向的延長線與圓周上兩點連線的中垂線的交點確定圓心，從而確定其運動軌跡。3、幾何方法：圓周上任意兩點連線的中垂線過圓心圓周上兩條切線夾角的平分線過圓心過切點作切線的垂線過圓心2021/8/11 星期三371.如圖，虛線上方存在無窮大的磁場，一帶正電的粒子質(zhì)量m、電量q、若它以速度v沿與虛線成300、600、90

14、0、1200、1500、1800角分別射入，請你作出上述幾種情況下粒子的軌跡、并求其在磁場中運動的時間。有界磁場問題：2021/8/11 星期三38入射角300時2021/8/11 星期三392021/8/11 星期三40入射角1500時2021/8/11 星期三41粒子在磁場中做圓周運動的對稱規(guī)律：從同一直線邊界射入的粒子，從同一邊界射出時，速度與邊界的夾角相等。1、兩個對稱規(guī)律：2021/8/11 星期三42臨界問題例：長為L的水平極板間，有垂直紙面向內(nèi)的勻強磁場，如圖所示，磁感強度為B，板間距離也為L，板不帶電，現(xiàn)有質(zhì)量為m，電量為q的帶正電粒子（不計重力），從左邊極板間中點處垂直磁感線以速度v水平射入磁場，欲使粒子不打在極