带电粒子在匀强磁场中的运动课件PPT推荐.ppt
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,1、物体做匀速圆周运动的条件?
2、洛伦兹力的特点?
电子射线管,洛伦兹力演示仪,线圈未通电时,B=0,线圈通电时,B0方向垂直线圈平面向里,实验演示,一、带电粒子在匀强磁场中的运动,2、带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态?
(重力不计)匀速圆周运动,粒子运动方向与磁场有一夹角,轨迹如何?
轨迹为螺线,例1:
一个带电粒子,沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场粒子的一段径迹如下图所示径迹上的每一小段都可近似看成圆弧由于带电粒子使沿途的空气电离,粒子的能量逐渐减小(带电量不变)从图中情况可以确定,A粒子从a到b,带正电B粒子从a到b,带负电C粒子从b到a,带正电D粒子从b到a,带负电,C,练一练,【1】电子、质子、氘核、氚核以同样的速度垂直射入同一匀强磁场做匀速圆周运动,其中轨道半径最大的是()A电子B质子C氘核D氚核,分析:
根据,由于四个粒子的电量是相等的,而氚核的质量最大,所以半径最大。
D,【2】同一种带电粒子以不同的速度垂直射入匀强磁场中,其运动轨迹如图所示,则可知
(1)带电粒子进入磁场的速度值有几个?
(2)这些速度的大小关系为(3)三束粒子从O点出发分别到达1、2、3点所用时间关系为,3个,V3V2V1,t1=t2=t3,带电粒子在无界匀强磁场中的运动,F洛=0匀速直线运动,F洛=Bqv匀速圆周运动,F洛=Bqv等距螺旋(090),在只有洛仑兹力的作用下,带电粒子在磁场中运动情况研究,1.如图,虚线上方存在无穷大的磁场,一带正电的粒子质量m、电量q、若它以速度v射入,请你作出粒子的轨迹、并求其在磁场中运动的时间。
入射角300时,入射角1500时,解题方法总结,1、找圆心:
方法,已知入射方向和出射方向,两速度垂线的交点就是圆弧轨道的圆心。
已知入射方向和出射点的位置时,速度垂线与弦中垂线的交点就是圆弧轨道的圆心。
解题方法总结,1、找圆心:
方法2、定半径:
确定半径:
一般利用几何知识,常用解三角形的方法。
d,R,60o,1、找圆心:
3、确定运动时间:
注意:
用弧度表示,解题方法总结,确定运动时间:
利用圆心角与弦切角的关系,或者是四边形内角和等于计算出圆心角的大小,由公式可求出运动时间。
【3】如图所示,一束电子(电量为e)以速度V垂直射入磁感应强度为B、宽度为d的匀强磁场,穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹角为300。
求:
(1)电子的质量m=?
(2)电子在磁场中的运动时间t=?
【4】如图所示,在半径为R的圆的范围内,有匀强磁场,方向垂直圆所在平面向里一带负电的质量为m电量为q粒子,从A点沿半径AO的方向射入,并从C点射出磁场AOC120o则此粒子在磁场中运行的时间t_(不计重力),临界问题,例:
长为L的水平极板间,有垂直纸面向内的匀强磁场,如图所示,磁感强度为B,板间距离也为L,板不带电,现有质量为m,电量为q的带正电粒子(不计重力),从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场,欲使粒子不打在极板上,可采用的办法是:
()A使粒子的速度v5BqL/4mC使粒子的速度vBqL/mD使粒子速度BqL/4mv5BqL/4m,3.6带电粒子在匀强磁场中的运动,第二课时,1、圆周运动的半径,2、圆周运动的周期,复习回顾,3.圆周运动的时间,带电粒子在磁场中运动情况研究,1、找圆心:
“定圆心,求半径,画轨迹”,一、质谱仪原理分析,1、质谱仪:
是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具,2、工作原理将质量不等、电荷数相等的带电粒子经同一电场加速再垂直进入同一匀强磁场,由于粒子质量不同,引起轨迹半径不同而分开,进而分析某元素中所含同位素的种类,例题:
一个质量为m、电荷量为q的粒子,从容器下方的小孔S1飘入电势差为的加速电场,然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为的匀强磁场中,最后打到照相底片上求:
()求粒子进入磁场时的速率()求粒子在磁场中运动的轨道半径,解:
点拨:
学会分析物理过程,例如本题中粒子的运动分为几个阶段?
每个阶段遵循什么规律?
加速:
偏转:
【练习】质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具,它的构造原理如图,离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看作为零),经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场,到达记录它的照相底片P上,设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x,可以判断(),A、若离子束是同位素,则x越大,离子质量越大B、若离子束是同位素,则x越大,离子质量越小C、只要x相同,则离子质量一定相同D、只要x相同,则离子的荷质比一定相同,AD,1.加速器的种类有哪些?
2.各自是如何实现对带电粒子加速的?
3.各有什么优缺点?
阅读课本P101思考下列问题,1加速原理:
利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加。
二.加速器,直线加速器,2直线加速器(多级加速),二.加速器,思考:
多级直线加速器有什么缺点?
斯坦福大学的加速器,二、回旋加速器,1932年,美国物理学家劳仑斯发明了回旋加速器,从而使人类在获得具有较高能量的粒子方面迈进了一大步为此,劳仑斯荣获了诺贝尔物理学奖,回旋加速器,回旋加速器,2、作用:
产生高速运动的粒子,3、原理,用磁场控制轨道、用电场进行加速,回旋加速器,交变,回旋加速器,交变电压的周期TE=粒子在磁场中运动的周期TB,解:
当粒子从D形盒出口飞出时,粒子的运动半径=D形盒的半径,回旋加速器,回旋加速器,问题6:
D越大,EK越大,是不是只要D不断增大,EK就可以无限制增大呢?
回旋加速器,美国费米实验室加速器,2.交变电场的周期和粒子的运动周期T相同-保证粒子每次经过交变电场时都被加速,1.粒子在匀强磁场中的运动周期不变,回旋加速器,问题归纳,3.带电粒子每经电场加速一次,回旋半径就增大一次,每次增加的动能为,4.粒子加速的最大速度由盒的半径决定,问题归纳,【练习】关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述,正确的是()A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用B、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的C、只有电场能对带电粒子起加速作用D、磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做匀速圆周运动,CD,应用:
正负电子对撞机:
撞出物质奥秘,四、霍尔效应,1879年霍耳发现,把一载流导体放在磁场中,如果磁场方向与电流方向垂直,则在与磁场和电流二者垂直的方向上出现横向电势差,这一现象称之为霍耳现象。
四、霍尔效应,如图,导电板高度为b厚度为d放在垂直于它的磁场B中。
当有电流I通过它时,由于磁场使导体内移动的电荷发生偏转,结果在A、A两侧分别聚集了正、负电荷,在导电板的A、A两侧会产生一个电势差U。
设导电板内运动电荷的平均定向速率为u,它们在磁场中受到的洛仑兹力为:
当导电板的A、A两侧产生电势差后,运动电荷会受到电场力:
导电板内电流的微观表达式为:
由以上各式解得:
其中叫霍尔系数,例12、霍尔效应可解释如下:
外部磁场的洛仑兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧,在导体板的另一侧会出现多余的正电荷,从而形成横向电场对电子施加与洛仑兹力方向相反的静电力。
当静电子与洛仑兹力达到平衡时,导体上下两侧之间就会形成稳定的电势差。
设电流I是由电子的定向流动形成的,电子的平均定向速度为v,电量为e。
回答下列问题:
(1)达到稳定状态时,导体板上侧面A的电势_下侧面的电势(填高于、低于或等于)。
(2)电子所受洛仑兹力的大小为_。
(3)当导体板上下两侧之间的电势差为U时,电子所受静电力的大小为_。
(4)由静电力和洛仑兹力平衡的条件,证明霍尔系数K=,其中n代表导体板单位体积中电子的个数。
低于,BeV,Ue/h,霍尔效应,I=neSv=nedhv,eU/h=evB,U=IB/ned=kIB/d,k是霍尔系数,本课小结:
一、带电粒子在匀强磁场中的运动,平行磁感线进入:
做匀速直线运动,垂直磁感线进入:
做匀速圆周运动,二、应用:
1、质谱仪:
研究同位素(测荷质比)的装置,由加速电场、偏转磁场等组成,2、回旋加速器:
使带电粒子获得高能量的装置,由D形盒、高频交变电场等组成,【课后作业】完成同步学案,
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- 带电 粒子 磁场 中的 运动 课件