带电粒子圆周运动.ppt

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1、带电粒子在磁场中的运动质谱仪学习目标：1.根据洛伦兹力的特点,理解带电粒子垂直进入匀强磁场做匀速圆周运动。2.带电粒子做圆周运动的半径与周期公式的推导过程,并能讨论它们的物理意义。3.掌握质谱仪的工作原理。能力目标：通过对质谱仪的工作原理的分析，开阔学生的眼界，了解物理知识在高新科技领域的应用，激发学生对物理的兴趣。重点：1.带电粒子垂直进入匀强磁场运动过程的分析。2.半径公式、周期公式的推导以及影响因素的分析。难点:带电粒子进入匀强磁场运动过程的动力学分析。Fv＋v＋v＋v＋FFF1.带电粒子垂直进入匀

2、强磁场中如何运动？提问：①f洛在什么平面内？它与v的方向关系怎样？①带电粒子垂直进入匀强磁场，其初速度v与磁场垂直，根据左手定则，其受洛仑兹力的方向也跟磁场方向垂直，并与初速度方向都在同一垂直磁场的平面内，所以粒子只能在该平面内运动。②f洛对运动电荷是否做功？②洛仑兹力总是跟带电粒子的运动方向垂直，它只改变粒子运动的方向，不改变粒子速度的大小，所以粒子在磁场中运动的速率是恒定的，这时洛仑兹力的大小f=Bqv也是恒定的。洛仑兹力对运动粒子不做功。③f洛对运动电荷的运动起何作用？洛仑兹力对运动粒子起着向心力的

3、作用④带电粒子在磁场中的运动具有什么特点？粒子的运动一定是匀速圆周运动。2.带电粒子在匀强磁场中运动的轨道半径F向=mv2/rF洛=BqvF向=F洛=mv2/r=Bqv带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时向心力由洛伦兹力提供由此可以推出r=3）速度相同，比荷不同的带电粒子垂直进入同一匀强磁场，它们的轨道半径关系如何？讨论：1）粒子运动轨道半径与哪些因素有关，关系如何？2）质量不同电量相同的带电粒子，若以大小相等的动量垂直进入同一匀强磁场，它们的轨道半径关系如何？T=因r=T=3.带电粒子在匀强磁场中的运动

4、周期由圆周运动的周期与周长和速率的关系可得可推出带电粒子在磁场中的周期3）速率不同、质量也不同的两带电粒子进入同一磁场做圆周运动，若它们的周期相同，则它们什么物理量相同？讨论：1）带电粒子在磁场中做圆周运动的周期大小与哪些因素有关？关系如何？2）同一带电粒子，在磁场中做圆周运动，当它的速率增大时，其周期是否改变？质谱仪，它可以很方便地帮助我们发现一些元素的同位素，或计算一些带电粒子的质量或荷质比。例1、一质量为m，电荷量为q的粒子，从容器A下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场。然后让粒子垂直进入磁感应强

5、度为B的匀强磁场中匀速圆周运动，最后打到照相底片D上。求（1）粒子进入磁场时的速率；（2）粒子在磁场中运动的轨道半径由此可解出粒子在磁场中匀速圆周运动的轨道半径r==mv2=qU解：由动能定理可知，粒子在电场中得到的动能等于电场对它所做的功，即V=速度选择器的工作原理①带电粒子（带正电）q以速度v垂直进入匀强电场，受电场力作用，运动方向将发生偏转，如图2所示。若在匀强电场范围内再加一个匀强磁场，使该带电粒子的运动不偏转，求所加匀强磁场的方向和磁感应强度的大小。分析：电荷进入电场，受垂直向下的电场力作用而偏

6、转，若使它不发生偏转，电荷受所加磁场的洛仑兹力方向一定与电场力方向相反，根据左手定则和洛仑兹力方向确定磁场方向：垂直纸面、背向读者，如图3所示。因为 f洛=F安若我们在该装置前后各加一块挡板，让电量相同的不同速度的带电粒子从前边挡板中小孔射入，经过匀强电场和磁场，只有其运动速度刚好满足f洛=F安的粒子运动轨迹不发生偏转，从第二块挡板上小孔中射出。改变匀强电场或匀强磁场的大小，就可以得到不同速度的带电粒子。这个装置就叫做速度选择器。由上面的关系很容易推导出通过速度选择器若将一个能通过某速度选择器的正电荷换成

7、一个电量相等速度不变的负电荷，它还能通过该速度选择器吗？为什么？能。因为虽然它所受电场力和洛仑兹力方向都与正电荷方向相反，但大小仍然相等，其合力仍然为零，所以能通过。2.质谱仪的工作原理匀速直线匀速圆周1°r=2°T=课堂小结：1.带电粒子进入匀强磁场中如何运动？1)V//B,做_________运动2)V垂直于B,做____________运动再见匀强磁场中，有两个电子分别以速率v和2v沿垂直于磁场方向运动，哪个电子先回到原来的出发点？两个电子同时回到原来的出发点。