《人教版高中物理選修3-1 3.6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(共72張PPT)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《人教版高中物理選修3-1 3.6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(共72張PPT)（72頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 教學(xué)目標(biāo)通過實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)帶電粒子沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)會(huì)做圓周運(yùn)動(dòng)，圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和入射的速度的大小有關(guān)。通過理論分析指導(dǎo)帶電粒子沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)會(huì)在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，并能用學(xué)過的知識(shí)推導(dǎo)出勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式和周期公式。能夠用學(xué)過的知識(shí)分析、計(jì)算有關(guān)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受力、運(yùn)動(dòng)的問題，了解質(zhì)譜儀和回旋加速器的工作原理。 教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期公式，并能用來分析有關(guān)問題。帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的受力分析及運(yùn)動(dòng)軌跡。 運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中會(huì)受到洛倫茲力的作用，帶電粒子在洛倫茲力的作用下會(huì)

2、在磁場(chǎng)中做什么運(yùn)動(dòng)呢？此節(jié)課我們來學(xué)習(xí)一下帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況。 知道洛倫茲力演示儀的演示實(shí)驗(yàn)的原理。理解并掌握帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的三種情況。帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的幾類運(yùn)動(dòng) 洛倫茲演示儀勵(lì)磁線圈電子槍玻璃泡演示：洛倫茲力演示儀勵(lì)磁線圈 勵(lì)磁線圈：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)。加速電場(chǎng)：作用是改變電子束出射的速度。電子槍：射出電子。洛倫茲演示儀 不加磁場(chǎng)時(shí)電子束的徑跡為一條直線。帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的演示演示： 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的演示演示：給勵(lì)磁線圈通電電子束的徑跡為一個(gè)圓周。 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的演示保持出射電子的速度不變，增大磁感應(yīng)強(qiáng)度增

3、大磁場(chǎng)強(qiáng)度，電子束軌道半徑減小。演示： 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的演示保持磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，增大出射電子的速度演示：粒子射入的速度增大，電子束軌道半徑也增大。 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的演示沿著與磁場(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)。磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，粒子射入的速度增大，軌道半徑也增大。粒子射入速度不變，磁場(chǎng)強(qiáng)度增大，軌道半徑減小。實(shí)驗(yàn)結(jié)論： 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的勻速圓周運(yùn)動(dòng)試用邏輯推理以上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因。洛倫茲力的方向與速度方向垂直。帶電粒子僅在洛倫茲力的作用下，粒子的速率不變，能量不變。洛倫茲力（F=qvB）大小不變，方向在不斷變化。垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向射入的帶電粒子，在

4、勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。 帶電粒子只在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期與什么有關(guān)？帶電粒子做勻速圓周的半徑和周期帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力由誰提供？與速度V、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、粒子的比荷有關(guān)。與運(yùn)動(dòng)速度及運(yùn)動(dòng)半徑無關(guān)。 若帶電粒子的速度方向與磁場(chǎng)的方向平行，那么其做什么運(yùn)動(dòng)？帶電粒子的速度方向與磁場(chǎng)的方向平行時(shí)，帶電粒子受到的洛倫茲力為零，粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)。帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的勻速直線運(yùn)動(dòng) 若帶電粒子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，其速度與磁場(chǎng)不垂直也不平行，猜想此時(shí)帶電粒子做什么運(yùn)動(dòng)？帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的螺旋運(yùn)動(dòng)此時(shí)帶電粒子的速度可以分解為平行于磁場(chǎng)方向和垂直于磁場(chǎng)方向。平行于磁場(chǎng)方向，

5、粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)垂直于磁場(chǎng)方向的速度，會(huì)使粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。帶電粒子做螺旋運(yùn)動(dòng)。 帶電體是否考慮重力以上討論中，我們沒有考慮帶電粒子的重力，只考慮了帶電粒子在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力，那么什么樣的粒子可以忽略重力，什么樣的粒子不可忽略重力呢？磁場(chǎng)中的帶電粒子一般可分為兩類：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倫磁力相比小得多，除非有說明或明確的暗示，一般都不考慮重力的影響（但并不能忽略質(zhì)量）。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，一般都考慮重力作用。某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來判定。 質(zhì)譜儀一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子

6、，從容器A下方的小孔S1飄入電勢(shì)差為的加速電場(chǎng)，其初速度幾乎為0，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)度為的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，最后打到照相底片上（質(zhì)譜儀的原理）（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)的軌道半徑解：帶電粒子進(jìn)入質(zhì)譜儀的加速電場(chǎng)由動(dòng)能定理：帶電粒子進(jìn)入質(zhì)譜儀的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)洛倫茲力提供向心力： 質(zhì)譜儀的原理將質(zhì)量不等、電荷數(shù)相等的帶電粒子經(jīng)同一電場(chǎng)加速再垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，由于粒子質(zhì)量不同，引起軌跡半徑不同而分開，進(jìn)而分析某元素中所含同位素的種類。是測(cè)量帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具。工作原理：質(zhì)譜儀：半徑不同意味著比荷不同意味著它們是不同的粒子質(zhì)譜儀的工作原理 帶

7、電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的處理方法弦的垂直平分線與一直徑的交點(diǎn)為圓心已知一點(diǎn)速度方向和另一點(diǎn)位置已知兩點(diǎn)速度方向兩洛倫茲力方向的延長(zhǎng)線交點(diǎn)為圓心帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法找圓心畫軌跡 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的處理方法帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法。半徑一般都在確定圓心的基礎(chǔ)上用平面幾何知識(shí)求解，常常要解三角形。計(jì)算出粒子所轉(zhuǎn)過的圓心角的大小用公式t=T可求出運(yùn)動(dòng)時(shí)間。確定運(yùn)動(dòng)時(shí)間確定半徑 問題與練習(xí)電子以m/s的速度沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入B=T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。求電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑和周期。T 問題與練習(xí)（2）已知氚核的質(zhì)量約為質(zhì)子的3倍，帶正電荷，電荷為一個(gè)元電荷；粒子

8、即氦原子核，質(zhì)量約為質(zhì)子的4倍，帶正電荷，電荷量為元電荷的2倍?，F(xiàn)在質(zhì)子、氚核和粒子在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，求以下情況它們運(yùn)動(dòng)半徑之比：（1）它們的速度大小相等;（2）它們由靜止經(jīng)過相同的加速電場(chǎng)加速后進(jìn)入磁場(chǎng)。 A、B是兩種同位素的原子核，他們具有相同的電荷、不同的質(zhì)量。為測(cè)定它們的質(zhì)量比，使它們從質(zhì)譜儀的同一加速電場(chǎng)由靜止開始加速，然后沿著與磁場(chǎng)方向垂直的方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，打到照相底片上。如果從底片上獲知A、B在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的直徑之比是1.08：1，求A、B的質(zhì)量之比。問題與練習(xí)mA:mB= 總結(jié)半徑：_周期：_帶電粒子平行磁場(chǎng)進(jìn)入：做_運(yùn)動(dòng)帶電粒子垂直磁場(chǎng)進(jìn)入：做_運(yùn)動(dòng)勻速

9、直線勻速圓周 要認(rèn)識(shí)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”。粒子加速器就是產(chǎn)生這些高能“炮彈”的“工廠” 知道并掌握回旋加速器的基本結(jié)構(gòu)。掌握回旋加速度的工作原理?；匦铀倨?直線加速器帶電粒子分別在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，哪一種情況下，可以使粒子加速，增加粒子的能量?在電場(chǎng)中，庫侖力可以對(duì)帶電粒子做功，從而使粒子加速在磁場(chǎng)中，洛倫茲力不做功，不能使粒子加速若是讓你制作一個(gè)加速器，你會(huì)怎么設(shè)計(jì)? 直線加速器普通加速器獲得的能量：帶電粒子通過普通加速器能獲得的能量E K一般只能達(dá)到幾十萬到幾百萬電子伏(ev

10、）若想獲得更高速度的粒子，應(yīng)該如何改進(jìn)？ 直線加速器直線加速器（多級(jí)加速）由動(dòng)能定理可知，帶電粒子經(jīng)n級(jí)的電場(chǎng)加速后增加的動(dòng)能，E k=q（U1+U2+U3+U4+Un） 直線加速器直線加速器（多級(jí)加速）帶電粒子穿越第n個(gè)圓筒時(shí)的動(dòng)能為多大?直線加速器占有的空間范圍大，在有限的 空間內(nèi)制造直線加速器受到一定的限制。 直線加速器斯坦福大學(xué)的直線加速器。 回旋加速器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(huì)大大縮小嗎？ 回旋加速器的結(jié)構(gòu)構(gòu)造：原理：作用：回旋加速器主要由兩個(gè)D形盒及兩個(gè)大磁極D形盒間的窄縫高頻交流電。產(chǎn)生高速運(yùn)

11、動(dòng)的粒子。用磁場(chǎng)控制軌道、用電場(chǎng)進(jìn)行加速。 回旋加速器的結(jié)構(gòu) 回旋加速器的原理帶電粒子在D形盒內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的周期隨半徑的增大會(huì)不會(huì)發(fā)生變化？T不變與v、r無關(guān) 回旋加速器的原理在回旋加速器中，如果兩個(gè)D型盒不是分別接在高頻交流電源的兩極上，而是接在直流的兩極上，那么帶電粒子能否被加速？請(qǐng)?jiān)趫D中畫出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。要使粒子每次經(jīng)過電場(chǎng)都被加速，應(yīng)在電極上加一個(gè)交變電壓。 回旋加速器的原理根據(jù)右圖，說一說為使帶電粒子不斷得到加速，提供的電壓應(yīng)符合怎樣的要求？交變電壓的周期T E=粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期TB 回旋加速器的原理已知D形盒的直徑為D，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，交變電壓的電壓為U，則從出口

12、射出時(shí)，粒子的速度v是多少?當(dāng)粒子從D形盒出口飛出時(shí)，粒子的運(yùn)動(dòng)半徑=D形盒的半徑 回旋加速器的原理D形盒的直徑為D，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，交變電壓的電壓為U，則:(1)從出口射出時(shí)，粒子的動(dòng)能Ek=?(2)要增大粒子的最大動(dòng)能可采取哪些措施? 回旋加速器原理的反思據(jù)上問，D越大，EK越大，是不是只要D不斷增大，EK就可以無限制增大呢？Ek不能無限制地增大，按照狹義相對(duì)論，粒子的質(zhì)量隨速度的增加而增大，而質(zhì)量的變化會(huì)導(dǎo)致其回轉(zhuǎn)周期的變化，從而破壞與電場(chǎng)變化周期的同步。 回旋加速器的特點(diǎn)粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期不變；每一個(gè)周期加速兩次。帶電粒子每經(jīng)電場(chǎng)加速一次,回旋半徑就增大一次，每次增加

13、的動(dòng)能為E k=qU。注：電場(chǎng)加速過程中，時(shí)間極短，可忽略（盒縫寬度遠(yuǎn)小于盒半徑）。粒子加速的最大速度由盒的半徑?jīng)Q定。交變電場(chǎng)的周期和粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期T相同；電場(chǎng)一個(gè)周期中方向變化兩次。 【分析】【解答】 例題 【分析】【解答】 例題 【分析】【解答】 例題 【分析】 例題 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用 前情回顧處在復(fù)合場(chǎng)（電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)）中的帶電粒子，何時(shí)會(huì)靜止，何時(shí)做勻速直線運(yùn)動(dòng)？當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中所受合外力為零時(shí)，將處于靜止?fàn)顟B(tài)或做勻速直線運(yùn)動(dòng)。 前情回顧處在復(fù)合場(chǎng)（電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)）中的帶電粒子，何時(shí)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)？當(dāng)帶電粒子所受的重力與電場(chǎng)力大小相等、方向相反時(shí),帶電粒

14、子在洛倫茲力的作用下，在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)在科技中的應(yīng)用有很多。我們先來看一下速度選擇器。 知道速度選擇器的基本構(gòu)造。掌握速度選擇器的應(yīng)用。速度選擇器 速度選擇器速度選擇器如何選擇出具有一定速度的粒子？速度選擇器能把具有某一特定速度的粒子選擇出來，是質(zhì)譜儀的重要組成部分。粒子能夠通過速度選擇器的條件:qEqvB 速度選擇器若帶電粒子的速度，此時(shí)帶電粒子會(huì)向上偏還是向下偏?qEqvB若帶電粒子帶正電，則向上偏,若帶電粒子帶負(fù)電，則向下偏。 美國物理學(xué)家霍爾于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)霍爾效應(yīng)。 理解并掌握霍爾效應(yīng)的原理。知道什么是霍爾系數(shù)?；魻?/p>

15、效應(yīng)的原理 霍爾效應(yīng)把一載流導(dǎo)體放在磁場(chǎng)中，如果磁場(chǎng)方向與電流方向垂直，則在與磁場(chǎng)和電流二者垂直的方向上出現(xiàn)橫向電勢(shì)差，這一現(xiàn)象稱之為霍耳現(xiàn)象。這種現(xiàn)象是如何發(fā)生的？ 霍爾效應(yīng)當(dāng)帶電粒子通過磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，由于洛倫茲力的作用，正、負(fù)離子分別向哪偏？導(dǎo)體板上下兩面，哪一面電勢(shì)高，哪一面電勢(shì)低？根據(jù)左手定則，正離子向上偏；負(fù)離子向下偏上表面電勢(shì)高，下表面電勢(shì)低。v 試推導(dǎo)離子流穩(wěn)定時(shí)，上下兩板間形成的電場(chǎng)的電勢(shì)差是多少？平衡狀態(tài)時(shí)，所受電場(chǎng)力等于洛倫茲力：形成的電場(chǎng)的電勢(shì)差：試用導(dǎo)體板內(nèi)電流I來表示上下兩板間的電勢(shì)差U？I=neSv=nedhv霍爾系數(shù)導(dǎo)體板內(nèi)電流的微觀表達(dá)式霍爾效應(yīng)eU/h=evBU

16、=hvBv 磁流體發(fā)電機(jī)，又叫等離子發(fā)電機(jī)。是根據(jù)霍爾效應(yīng)，用導(dǎo)電流體發(fā)電的一種設(shè)備。 理解并掌握磁流體發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)。理解并掌握磁流體發(fā)電機(jī)的工作原理。磁流體發(fā)電 磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)，它其中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系是怎樣的？磁流體發(fā)電機(jī)把內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能。試判斷圖中A、B兩板，哪一板是發(fā)電機(jī)的正極？根據(jù)左手定則，B板是發(fā)電機(jī)正極。 磁流體發(fā)電機(jī)磁流體發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)多大？等離子體束的速度為v，AB板間距為d，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。UBdv 磁流體發(fā)電機(jī)霍爾效應(yīng)中的導(dǎo)電載體與磁流體發(fā)電機(jī)中的導(dǎo)電載體有何不同？霍爾效應(yīng)中的導(dǎo)體為金屬導(dǎo)體，其中的導(dǎo)電粒子只有電子。磁流體發(fā)電機(jī)中的導(dǎo)體為等離子體，既有帶正

17、電荷的正離子，又有帶負(fù)電荷的負(fù)離子。 電磁流量計(jì)是根據(jù)導(dǎo)電流體通過外加磁場(chǎng)時(shí)感生的電動(dòng)勢(shì)來測(cè)量導(dǎo)電流體流量的一種儀器。 理解并掌握電磁流量計(jì)的基本原理。能夠進(jìn)行液體流量的計(jì)算。電磁流量計(jì) 電磁流量計(jì) 如圖所示，一圓形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導(dǎo)電的液體流過導(dǎo)管。 導(dǎo)電的液體流過導(dǎo)管時(shí)，其中的正、負(fù)離子會(huì)如何運(yùn)動(dòng)？最終會(huì)達(dá)到什么樣的穩(wěn)定狀態(tài)？導(dǎo)電液體中的自由電荷(正、負(fù)離子)在洛倫茲力作用下橫向偏轉(zhuǎn)，a、b間出現(xiàn)電勢(shì)差，形成電場(chǎng)當(dāng)自由電荷所受電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡時(shí)，a、b間的電勢(shì)差就保持穩(wěn)定。如何測(cè)定導(dǎo)電流體的流量？BqvEq 電磁流量計(jì)與磁流體發(fā)電機(jī)在原理上有不同嗎?電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)與磁流體發(fā)電機(jī)在原理上均是利用導(dǎo)電流體通過外加磁場(chǎng)時(shí)感生電動(dòng)勢(shì)。磁流體發(fā)電機(jī)是利用等離子體進(jìn)行發(fā)電。電磁流量計(jì)則是研究導(dǎo)電流體流量。 總結(jié)速度選擇器粒子能夠通過速度選擇器的條件_霍爾效應(yīng)把一載流_放在磁場(chǎng)中，如果磁場(chǎng)方向與電流方向_，則在與磁場(chǎng)和電流二者_(dá)的方向上出現(xiàn)_，這一現(xiàn)象稱之為霍耳現(xiàn)象。磁流體發(fā)電機(jī)磁流體發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)_電磁流量計(jì)原理：導(dǎo)電_中的自由電荷(正、負(fù)離子)在_作用下橫向偏轉(zhuǎn)，形成 _。當(dāng)自由電荷所受電場(chǎng)力和洛倫茲力_時(shí)，電勢(shì)差就保持穩(wěn)定。導(dǎo)體垂直橫向電勢(shì)差UBdv液體電場(chǎng)洛倫茲力平衡垂直 【分析】【解答】 例題 【分析】【解答】 例題 例題 例題