運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)第1頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月教學(xué)目標(biāo)

（一）知識(shí)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(chǎng)方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計(jì)算.4、了解v和B垂直時(shí)的洛倫茲力大小及方向判斷.理解洛倫茲力對(duì)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(shí)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=qvBsinθ。最后了解洛倫茲力的一個(gè)應(yīng)用——電視顯像管中的磁偏轉(zhuǎn)。第2頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)會(huì)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(huì)科學(xué)研究最基本的思維方法:“推理—假設(shè)—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”。二、重點(diǎn)與難點(diǎn)：重點(diǎn)：1.利用左手定則會(huì)判斷洛倫茲力的方向.2.掌握垂直進(jìn)入磁場(chǎng)方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計(jì)算.這一節(jié)承上(安培力)啟下(帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng))，是本章的重點(diǎn)難點(diǎn)：1.洛倫茲力對(duì)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、多媒體第3頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)習(xí)：1、洛倫茲力產(chǎn)生的條件？2、洛倫茲力的大小和方向如何確定？3、洛倫茲力有什么特點(diǎn)？射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的帶電粒子將做怎樣的運(yùn)動(dòng)呢？思考：第4頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子平行射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，？（重力不計(jì)）問題1：?jiǎn)栴}2：帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？（重力不計(jì)）勻速直線運(yùn)動(dòng)1、理論推導(dǎo)第5頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）時(shí)，洛倫茲力的方向與速度方向的關(guān)系（2）帶電粒子僅在洛倫茲力的作用下，粒子的速率變化么？能量呢？（3）洛倫茲力的如何變化？（4）從上面的分析，你認(rèn)為垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向射入的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何？——垂直第6頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1、理論推導(dǎo)沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)問題3：推導(dǎo)粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓半徑r和運(yùn)動(dòng)周期T，與粒子的速度v和磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的關(guān)系表達(dá)式第7頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

帶電粒子將在垂直于磁場(chǎng)的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。第8頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）、圓周運(yùn)動(dòng)的半徑2）、圓周運(yùn)動(dòng)的周期第9頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月亥姆霍茲線圈電子槍磁場(chǎng)強(qiáng)弱選擇擋加速電壓選擇擋2、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證第10頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）洛倫茲力演示儀③勵(lì)磁線圈（亥姆霍茲線圈）：作用是能在兩線圈之間產(chǎn)生平行于兩線圈中心的連線的勻強(qiáng)磁場(chǎng)②加速電場(chǎng)：作用是改變電子束出射的速度①電子槍：射出電子第11頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）實(shí)驗(yàn)演示a、不加磁場(chǎng)時(shí)觀察電子束的徑跡b、給勵(lì)磁線圈通電，觀察電子束的徑跡c、保持初射電子的速度不變，改變磁感應(yīng)強(qiáng)度，觀察電子束徑跡的變化d、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第12頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第13頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)論①沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。②磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，粒子射入的速度增加，軌道半徑也增大。③粒子射入速度不變，磁場(chǎng)強(qiáng)度增大，軌道半徑減小。第14頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月通過格雷塞爾氣泡室顯示的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)徑跡第15頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題：一個(gè)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(shì)差為U的加速電場(chǎng)，然后經(jīng)過S3沿著與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，最后打到照相底片D上（如圖）（1）求粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速率。（2）求粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑。第16頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第17頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）、質(zhì)譜儀測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量或比荷分析同位素二、實(shí)際應(yīng)用1．直線加速器第18頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）、回旋加速器第19頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、作用：產(chǎn)生高速運(yùn)動(dòng)的粒子2、原理1）、兩D形盒中有勻強(qiáng)磁場(chǎng)無(wú)電場(chǎng)，盒間縫隙有交變電場(chǎng)。2）、交變電場(chǎng)的周期等于粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期。3）、粒子最后出加速器的速度大小由盒的半徑?jīng)Q定。已知回旋加速器中D形盒內(nèi)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，D形盒的半徑為r.今將質(zhì)量為m、電量為q的質(zhì)子從間隙中心處由靜止釋放，求粒子在加速器內(nèi)加速后所能達(dá)到的最速度表達(dá)式.

第20頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第21頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、注意1、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期跟運(yùn)動(dòng)速率和軌道半徑無(wú)關(guān)，對(duì)于一定的帶電粒子和一定的磁感應(yīng)強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，這個(gè)周期是恒定的。2、交變電場(chǎng)的往復(fù)變化周期和粒子的運(yùn)動(dòng)周期T相同，這樣就可以保證粒子在每次經(jīng)過交變電場(chǎng)時(shí)都被加速。第22頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

如果盡量增強(qiáng)回旋加速器的磁場(chǎng)或加大D形盒半徑，我們是不是就可以使帶電粒子獲得任意高的能量嗎？

3、由于俠義相對(duì)論的限制，回旋加速器只能把粒子加速到一定的能量。第23頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月回旋加速器中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，D形盒的半徑為R，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(dòng)能是多大？（4）粒子在同一個(gè)D形盒中相鄰兩條軌道半徑之比(5)設(shè)D形盒的電壓為U,盒間距離為d,求加速到最大動(dòng)能所需時(shí)間第24頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1931年，加利福尼亞大學(xué)的勞倫斯提出了一個(gè)卓越的思想，通過磁場(chǎng)的作用迫使帶電粒子沿著磁極之間做螺旋線運(yùn)動(dòng),把長(zhǎng)長(zhǎng)的電極像卷尺那樣卷起來(lái)，發(fā)明了回旋加速器，第一臺(tái)直徑為27cm的回旋回速器投入運(yùn)行，它能將質(zhì)子加速到1Mev。1939年勞倫斯獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。第25頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第26頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月dBeθv1、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(qiáng)度為B、寬度為d的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，穿透磁場(chǎng)時(shí)的速度與電子原來(lái)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(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=?第27頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2、如圖所示，在半徑為R的圓的范圍內(nèi)，有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，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(diǎn)沿半徑AO的方向射入，并從C點(diǎn)射出磁場(chǎng)．∠AOC＝120o．則此粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)行的時(shí)間t＝__________．(不計(jì)重力)．ABRvvO120°C第28頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、如圖所示，在直線MN的右側(cè)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直向里。電子(電量e、質(zhì)量m)以速度v從MN上的孔A，垂直于MN方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，途經(jīng)P點(diǎn)，并最終打在MN上的C點(diǎn)、已知AP連線與速度方向的夾角為θ，不計(jì)重力。求（1）A、C之間的距離（2）從A運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)所用的時(shí)間。ANMPvθ第29頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、如圖所示，一帶正電粒子質(zhì)量為m，帶電量為q，從隔板ab上一個(gè)小孔P處與隔板成45°角垂直于磁感線射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，粒子初速度大小為v，則(1)粒子經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間再次到達(dá)隔板？(2)到達(dá)點(diǎn)與P點(diǎn)相距多遠(yuǎn)？（不計(jì)粒子的重力）abPv第