高中物理-帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運動教學(xué)課件設(shè)計

帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運動

明湖中學(xué)【實驗驗證】不加磁場時觀察電子束的徑跡。給勵磁線圈通電，在玻璃泡中產(chǎn)生沿兩線圈中心連線方向，由紙內(nèi)指向讀者的磁場，觀察電子束的徑跡。保持磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，改變出射電子的速度，觀察電子束徑跡的變化【演示實驗】保持出射電子的速度不變，改變磁感應(yīng)強(qiáng)度，觀察電子束徑跡的變化。νF理論分析沿著與磁場垂直的方向射入磁場的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運動。復(fù)位．

帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運動的圓半徑，與粒子的速度、磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度有什么關(guān)系？思考與討論什么力提供帶電粒子做勻速圓周運動的向心力？向心力的計算公式是什么？1.水平導(dǎo)線中有電流I通過，導(dǎo)線正下方的電子初速度的方向與電流I的方向相同，則電子將（）···············vabIA.沿路徑a運動,軌跡是圓B.沿路徑a運動,軌跡半徑越來越大C.沿路徑a運動,軌跡半徑越來越小D.沿路徑b運動,軌跡半徑越來越小例與練B

與不垂直拓展：粒子的軌跡是一條螺旋線“氣泡室”照片1.不同帶電粒子的徑跡半徑為什么不一樣？2.同一條徑跡上為什么曲率半徑會越來越小呢？提出問題：能否從氣泡室中帶電粒子的徑跡得到啟發(fā)設(shè)計一個儀器，將比荷不同、初速度幾乎為零帶電粒子分開？···············UqSS1xPB例1：質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具，它的構(gòu)造原理如圖，離子源S產(chǎn)生的各種不同正離子束(速度可看作為零)，經(jīng)加速電場加速后垂直進(jìn)入有界勻強(qiáng)磁場，到達(dá)記錄它的照相底片P上，設(shè)離子在P上的位置到入口處S1的距離為x，可以判斷()A、若離子束是同位素，則x越大，離子質(zhì)量越大B、若離子束是同位素，則x越大，離子質(zhì)量越小C、只要x相同，則離子質(zhì)量一定相同D、只要x相同，則離子的荷質(zhì)比一定相同AD2、有三種粒子，分別是質(zhì)子（）、氚核、（）和α粒子（）束，如果它們以相同的速度沿垂直于磁場方向射入勻強(qiáng)磁場（磁場方向垂直紙面向里），在下圖中，哪個圖正確地表示出這三束粒子的運動軌跡？（）例與練C問題1：要認(rèn)識原子核內(nèi)部的情況，必須把核“打開”進(jìn)行“觀察”。然而，原子核被強(qiáng)大的核力約束，只有用極高能量的粒子作為“炮彈”去轟擊，才能把它“打開”。那么怎樣才能產(chǎn)生這些高能炮彈呢？加速器加速器中的徑跡為直線，其加速裝置要很長很長設(shè)計方案：多級加速器多級加速器加利佛尼亞斯坦福大學(xué)的粒子加速器問題2：有沒有什么辦法可以讓帶電粒子在加速后又轉(zhuǎn)回來被第二次加速，如此反復(fù)“轉(zhuǎn)圈圈”式地被加速，加速器裝置所占的空間不是會大大縮小嗎？設(shè)計方案：回旋加速器回旋加速器的原理回旋加速器中磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)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）粒子的最大動能是多大？粒子獲得最大速度粒子獲得最大動能與加速電壓無關(guān)！特別提醒：回旋加速器中，磁場的作用是使帶電粒子偏轉(zhuǎn)，洛倫茲力不做功，對帶電粒子起加速作用的是電場力，表面上看，帶電粒子獲得的最大動能應(yīng)與加速電壓有關(guān)．其實由最大動能的表達(dá)式Ekm＝知，Ekm與加速電壓無關(guān)．加速電壓的大小只是影響了加速次數(shù)的多少．要提高加速粒子的最終能量，應(yīng)盡可能增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B和D形盒的半徑R.費米實驗室環(huán)形加速器——美國伊利諾斯州3、回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心的部分是分別與高頻交流電極相連的兩個D形金屬盒。兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的電場，使粒子在通過狹縫時都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場中，如圖所示。要增大帶電粒子射出的動能，則下列說法中正確的是（）例與練A.增大勻強(qiáng)電場間的加速電壓B.增大磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度BC.減少狹縫間的距離D.增大D形金屬盒的半徑BD(1)圓心的確定．因為洛倫茲力指向圓心，根據(jù)F洛⊥v，畫出粒子運動軌跡中任意兩點(一般是射入和射出磁場的兩點)的F洛的方向，其延長線的交點即為圓心．(2)半徑的確定和計算．半徑的計算一般是利用幾何知識，常用解三角形的方法．(3)在磁場中運動時間的確定．利用圓心角與弦切角的關(guān)系，或者是四邊形內(nèi)角和等于360°計算出圓心角θ的大?。晒?/p>

可求出運動時間．誤區(qū)1：解決帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做圓周運動的基本思路是什么？點撥：“一畫、二找、三確定”——分步解決帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運動(一)畫根據(jù)題意分析帶電粒子在磁場中的受力情況，確定它在磁場中的運動軌跡是圓還是一段圓?。鶕?jù)粒子入射、出射磁場的方向，粗略畫出粒子在磁場中的運動軌跡．(二)找圓心在畫出粒子在磁場中的運動軌跡的基礎(chǔ)上，找出圓心的位置，圓心一定在與速度方向垂直的直線上，通常有兩個方法：1．已知入射方向和出射方向時，利用洛倫茲力的方向永遠(yuǎn)指向圓心的特點，只要找到圓周運動兩個點上的洛倫茲力的方向，其延長線的交點必為圓心，如圖(a)所示．2．已知入射方向和出射點的位置時，利用圓上弦的中垂線必過圓心的特點找圓心，通過入射點作入射方向的垂線，連接入射點和出射點，作其中垂線．這兩條垂線的交點就是偏轉(zhuǎn)圓弧的圓心，如圖(b)所示．(三)確定半徑、偏向角、時間1．確定圓周運動的半徑主要由三角形幾何關(guān)系求出．如圖(a)所示，已知出射速度與水平方向的夾角θ，磁場的寬度為d，則有關(guān)系式2．確定帶電粒子通過磁場的偏向角帶電粒子射出磁場的速度方向與射入磁場的速度方向的夾角θ，即為偏向角，它等于入射點與出射點兩條半徑間的夾角(圓心角)．由幾何知識可知，它等于弦切角的2倍，即θ＝2α＝ωt(如圖(a)所示)．3．確定帶電粒子通過磁場的時間確定偏向角后，很容易算出帶電粒子通過磁場的時間，即，其中θ為帶電粒子在磁場中轉(zhuǎn)過的圓心角或偏向角．例如圖所示，一束電子(電荷量為e)以速度v垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，寬度為d的勻強(qiáng)磁場中，穿過磁場時速度方向與電子原來入射方向的夾角是30°，則電子的質(zhì)量