《带电粒子在匀强磁场中运动课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《带电粒子在匀强磁场中运动课件（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、带电粒子在匀强带电粒子在匀强磁场中的运动磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中运动课件构造及作用构造及作用电子枪电子枪 发射电子发射电子充有稀薄气体的玻璃泡充有稀薄气体的玻璃泡显示电子的运动轨迹显示电子的运动轨迹 两个相隔一定间距的环形线圈两个相隔一定间距的环形线圈产生匀强磁场产生匀强磁场l调加速电压改变电子的发射速度调加速电压改变电子的发射速度l调节线圈电流改变磁感应强度调节线圈电流改变磁感应强度洛伦兹力演示仪洛伦兹力演示仪侧侧视视主主视视带电粒子在匀强磁场中运动课件实验演示实验演示不加磁场观察电子射线的轨迹。不加磁场观察电子射线的轨迹。加上与电子运动方向垂直的匀强磁场，加上与电子运动方向垂直的匀
2、强磁场，观察电子射线的轨迹。观察电子射线的轨迹。带电粒子在匀强磁场中运动课件理论推导：垂直射入匀强磁场的电子，它的初速度和所理论推导：垂直射入匀强磁场的电子，它的初速度和所受洛伦兹力都在垂直于磁场的同一平面内，没有其他作受洛伦兹力都在垂直于磁场的同一平面内，没有其他作用使粒子离开这个平面。洛伦兹力始终垂直于粒子的运用使粒子离开这个平面。洛伦兹力始终垂直于粒子的运动方向，只能改变速度的方向，而不能改变速度的大小，动方向，只能改变速度的方向，而不能改变速度的大小，它的效果就是粒子做匀速圆周运动的向心力。它的效果就是粒子做匀速圆周运动的向心力。2.半径和周期半径和周期洛伦兹力提供向心力洛伦兹力提供向
3、心力qvB=mv2/R所以所以轨道半径轨道半径R=mv/（qB）v=2R/T T=2m/ （qB）带电粒子以速度带电粒子以速度v垂直垂直 B 射入匀强磁场中射入匀强磁场中1.运动性质运动性质做匀速圆周运动做匀速圆周运动l带电粒子以速度带电粒子以速度V不垂直不垂直 B 射入匀强磁场中射入匀强磁场中带电粒子在匀强磁场中运动课件vO1BO2ABC带电粒子在半有界磁场中的运动带电粒子在半有界磁场中的运动进出磁场具有对称性进出磁场具有对称性带电粒子在匀强磁场中运动课件解题关键解题关键画轨迹画轨迹找半径找半径带电粒子的速度带电粒子的速度找圆心角（找圆心角（偏向角）偏向角）磁场中运动的时间磁场中运动的时间如
4、何确定圆心？如何确定圆心？l利用几何中的切线定理，过切点垂直于切线的直利用几何中的切线定理，过切点垂直于切线的直线必过圆心。根据线必过圆心。根据fv，画出粒子轨迹中的任意两，画出粒子轨迹中的任意两点点(一般是射入和射出磁场的两点一般是射入和射出磁场的两点)的的f的方向，两的方向，两个洛伦兹力延长线的交点即为圆心；个洛伦兹力延长线的交点即为圆心；l利用几何中的垂径定理，圆心位置必定在圆中一利用几何中的垂径定理，圆心位置必定在圆中一根弦的中垂线上，连接射入点和射出点线段的中垂根弦的中垂线上，连接射入点和射出点线段的中垂线必过圆心。线必过圆心。带电粒子在匀强磁场中的圆周运动带电粒子在匀强磁场中的圆周
5、运动带电粒子在匀强磁场中运动课件如图所示，在如图所示，在y0的区域内存在匀强磁的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于场，磁场方向垂直于xy平面并指向纸面外，磁平面并指向纸面外，磁感应强度为感应强度为B。一带正电的粒子以速度。一带正电的粒子以速度0从从O点射入磁场，入射方向在点射入磁场，入射方向在xy平面内，与平面内，与x轴正轴正向的夹角为向的夹角为。若粒子射出磁场的位置与。若粒子射出磁场的位置与O点点的距离为的距离为l，求该粒子的电量和质量之比。，求该粒子的电量和质量之比。带电粒子在半有界磁场中的运动带电粒子在半有界磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中运动课件如下图所示如下图所示,分界面分界面MN右
6、侧是区域足够大的匀强右侧是区域足够大的匀强磁场区磁场区,现由现由O点射入两个速度、电量、质量都相同的点射入两个速度、电量、质量都相同的正、负电粒子正、负电粒子,重力不计重力不计,射入方向与分界面成射入方向与分界面成角角,则则A.它们在磁场中运动时间相同它们在磁场中运动时间相同B.它们在磁场中做圆运动的半径相同它们在磁场中做圆运动的半径相同C.它们到达分界面的位置与它们到达分界面的位置与O点距离相同点距离相同D.它们到达分界面时速度方向相同它们到达分界面时速度方向相同ONMBvBCD若水平磁场宽度为若水平磁场宽度为L,其它条件其它条件不变，速度满足什么条件正带不变，速度满足什么条件正带电电粒子不
7、飞出磁场。粒子不飞出磁场。带电粒子在半有界磁场中的运动带电粒子在半有界磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中运动课件ONMBvO1O2带电粒子在匀强磁场中运动课件BMNvV300如图所示，一束电子如图所示，一束电子(电荷量为电荷量为e)以以速度速度v垂直射入磁感强度为垂直射入磁感强度为B，宽度为，宽度为d的的匀强磁场中，穿越磁场时速度方向与电子匀强磁场中，穿越磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是原来入射方向的夹角是30，试求电子的，试求电子的质量和电子穿越磁场的时间。质量和电子穿越磁场的时间。d/3v带电粒子在匀强磁场中运动课件如图所示如图所示,有界匀强磁场边界线有界匀强磁场边界线SPMN,速速
8、率不同的同种带电粒子从率不同的同种带电粒子从S点沿点沿SP方向同时射入方向同时射入磁场磁场.其中穿过其中穿过a点的粒子点的粒子,速度速度v1与与MN垂直垂直,穿穿过过b点的粒子点的粒子,速度速度v2与与MN成成60角角,设二粒子从设二粒子从S到到a,b所需时间分别为所需时间分别为t1,t2.则则t1:t2为为(重力不计重力不计)A.1:3B.4:3C.1:1D.3:2SPMNv160ab带电粒子在矩形有界磁场中的运动带电粒子在矩形有界磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中运动课件如如图图所所示示，矩矩形形匀匀强强磁磁场场区区域域的的长长为为L，宽宽为为L/2磁磁感感强强度度为为B，质质量量为为m，电
9、电量量为为e的的电电子子沿沿着着矩矩形形磁磁场场的的上上方方边边界界射射入入磁磁场场，欲欲使该电子由下方边界穿出磁场，求：使该电子由下方边界穿出磁场，求：（1）电子速率）电子速率v的取值范围？的取值范围？（2）电子在磁场中运动时间）电子在磁场中运动时间t的变化范围？的变化范围？vLL/2Bm.q带电粒子在矩形有界磁场中的运动带电粒子在矩形有界磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中运动课件O O1MNrv0R通过改变通过改变B可以改变可以改变 1.若要使沿圆形区域的匀强若要使沿圆形区域的匀强磁场直径方向射入的带电粒磁场直径方向射入的带电粒子（子（m,q,v0)偏转某一角度偏转某一角度 ，B应多大？应多
10、大？带电粒子在圆形有界磁场中的运动带电粒子在圆形有界磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中运动课件带正电粒子质量为带正电粒子质量为m,电荷量为电荷量为q,以速以速度度v沿半径射入半径为沿半径射入半径为r,磁感强度为磁感强度为B的的匀强磁场中匀强磁场中.求粒子的求粒子的(1)速度偏转角速度偏转角 ；(2)通过磁场的时间通过磁场的时间t；(3)侧向位移侧向位移y。vO1B =2arctan(qBr/mv)t= T/2 = m/qBy=rsin =r2arctan(qBr/mv)带电粒子在圆形有界磁场中的运动带电粒子在圆形有界磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中运动课件电视机显像管中电子束的偏转是用磁偏转电视
11、机显像管中电子束的偏转是用磁偏转技术实现的，电子束经电压为技术实现的，电子束经电压为U的加速电场加的加速电场加速后，进入一圆形磁场区，如图所示，磁场方速后，进入一圆形磁场区，如图所示，磁场方向垂直圆面，磁场区的中心为向垂直圆面，磁场区的中心为O，半径为，半径为r。当。当不加磁场时，电子束将通过不加磁场时，电子束将通过O点而打到屏幕中点而打到屏幕中心心M点，为了使电子束射到屏幕边缘点，为了使电子束射到屏幕边缘P，需要，需要加磁场，使电子束偏转一已知角度加磁场，使电子束偏转一已知角度，此时磁，此时磁场的磁感应强度场的磁感应强度B为多大？为多大？UOMP电子束电子束电视机显像管电视机显像管带电粒子在
12、匀强磁场中运动课件1 1、质谱仪结构：构：离子源离子源O O，加速加速电场U U，速度速度选择器（器（E E, ,B B）偏偏转磁磁场B B2 2，胶片。，胶片。原理：原理：加速加速场中中qU= mv2速度速度选择器中器中:v=E/B1偏偏转磁磁场中中:d2r，qvB2mv2/r比荷比荷:带电粒子在磁场和电场中运动的实际应用带电粒子在磁场和电场中运动的实际应用带电粒子在匀强磁场中运动课件如图所示，某种离子从静止开始，经加速如图所示，某种离子从静止开始，经加速电场加速后进入速度选择器。速度选择器中的电场加速后进入速度选择器。速度选择器中的磁感应强度为磁感应强度为B0，两板间的电压为，两板间的电压
13、为U0，两板间，两板间距为距为d。适当调节电压，选择某种速度的离。适当调节电压，选择某种速度的离子射子射出速度选择器的小孔而进入磁场是出速度选择器的小孔而进入磁场是B，。测得底，。测得底片上感光点与小孔片上感光点与小孔O 的距离是的距离是x0。求该离子的。求该离子的比荷。比荷。Bv0B0U0q/m =2U0/dx0B0B带电粒子在匀强磁场中运动课件2.2.回旋加速器回旋加速器带电粒子在磁场和电场中运动的实际应用带电粒子在磁场和电场中运动的实际应用结构：两个结构：两个D D形金属盒，大型电磁铁，高频振荡交变电压，两形金属盒，大型电磁铁，高频振荡交变电压，两 缝间可形成电压缝间可形成电压U U作用
14、：电场用来对带电粒子加速，磁场用来使粒子回旋从而能作用：电场用来对带电粒子加速，磁场用来使粒子回旋从而能 反复加速。高能粒子是研究微观物理的重要手段。反复加速。高能粒子是研究微观物理的重要手段。带电粒子在匀强磁场中运动课件关于回旋加速器的几个问题：(1)回旋加速器中的D形盒，它的作用是静电屏蔽。(2) 由周期的表达式可知，尽管粒子运动越来越快， 但周期不变。回旋加速器中所加交变电压的周期 T,与带电粒子做匀速圆周运动的周期相等。(3)回旋加速器最后使粒子得到的能量 对于同一粒子（粒子电荷量对于同一粒子（粒子电荷量q q、质量、质量m m一定），粒一定），粒子的能量与磁感应强度子的能量与磁感应强
15、度B B和回旋加速器的半径和回旋加速器的半径R R有关。有关。带电粒子在匀强磁场中运动课件在回旋回速器中（在回旋回速器中（）A电场和磁场同时用来加速带电粒子电场和磁场同时用来加速带电粒子B只有电场用来加速带电粒子只有电场用来加速带电粒子C回旋回速器的半径越大，则在交电源固定的回旋回速器的半径越大，则在交电源固定的前提下，同一带电粒子获得的动能也越大。前提下，同一带电粒子获得的动能也越大。D一带电粒子不断被加速的过程中，交变电源一带电粒子不断被加速的过程中，交变电源的频率也要不断增加的频率也要不断增加带电粒子在匀强磁场中运动课件汤姆生用来测定电子的比荷（电子的电荷量与质量之比）的实汤姆生用来测定
16、电子的比荷（电子的电荷量与质量之比）的实验装置如图所示，真空管内加速后，穿过验装置如图所示，真空管内加速后，穿过A A中心的小孔沿中心轴中心的小孔沿中心轴O O1 1O O的方向进入到两块水平正对放置的平行极板的方向进入到两块水平正对放置的平行极板P P和和P P/ /间的区域。当间的区域。当极板间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心极板间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O O点处，形成了点处，形成了一个亮点；加上偏转电压一个亮点；加上偏转电压U U后，亮点偏离到后，亮点偏离到O O点，（点，（O O与与0 0点的竖点的竖直间距为直间距为d d，水平间距可忽略不计）。此时，在，水平间距
17、可忽略不计）。此时，在P P和和P P/ /间的区域，再间的区域，再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，调节磁场的强弱，当磁加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，调节磁场的强弱，当磁感应强度的大小为感应强度的大小为B B时，亮点重新回到时，亮点重新回到O O点。已知极板水平方向长度点。已知极板水平方向长度为为L L1 1，极板间距为，极板间距为b b，极板右端到荧光屏的距离为，极板右端到荧光屏的距离为L L2 2（如图所示）（如图所示）（1 1）求打在荧光屏）求打在荧光屏O O点的电子速度的大小；点的电子速度的大小；（2 2）推导出电子的比荷的表达式。）推导出电子的比荷的表达式。汤姆生用来测
18、定电子的比荷的实验装置汤姆生用来测定电子的比荷的实验装置带电粒子在匀强磁场中运动课件(1)当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回复到中心子做匀速直线运动，亮点重新回复到中心O点，点，设电子的速度为设电子的速度为v，则，则evBEe,得得v=E/B=U/Bb。(2) 当极板间仅有偏转电场时，电子以速度当极板间仅有偏转电场时，电子以速度v进入后，进入后，竖直方向作匀加速运动，加速度为竖直方向作匀加速运动，加速度为a=eU/mb。电子在水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间电子在水平方向做匀速运动，在电场内的运动时间为为t1=L1/v
19、这样，电子在电场中，竖直向上偏转的距这样，电子在电场中，竖直向上偏转的距离为离为带电粒子在匀强磁场中运动课件离开离开电场时竖直向上的分速度直向上的分速度为电子离开子离开电场后做匀速直后做匀速直线运运动，经t2时间到达到达荧光屏光屏t2时间内向上运内向上运动的距离的距离为:电子向上的子向上的总偏偏转距离距离为d=dd=d1 1d d2 2=可解得可解得带电粒子在匀强磁场中运动课件如如图图所所示示,电电量量为为q的的带带电电液液滴滴,在在互互相相垂垂直直的的匀匀强强磁磁场场中中,做做半半径径为为R的的匀匀速速圆圆周周运运动动.已已知知电电场场强强度度为为E,方方向向竖竖直直向向上上,磁磁场场方方向
20、向垂垂直直纸纸面面向向里里,磁磁感感应应强强度度 为为 B,液液 滴滴 的的 质质 量量 m= ,绕绕行行方方向向为为时时针针,它它的线速度大小的线速度大小v=()EBR带电粒子在匀强磁场中运动课件 如图所示，虚线上方有场强为如图所示，虚线上方有场强为E的匀强电场，的匀强电场，方向竖直向下，虚线上下有磁感应强度相同的匀强方向竖直向下，虚线上下有磁感应强度相同的匀强磁场，方向垂直纸面向外，磁场，方向垂直纸面向外，ab是一根长是一根长L的绝缘细的绝缘细杆，沿电场线放置在虚线上方的场中，杆，沿电场线放置在虚线上方的场中，b端在虚线端在虚线上，将一套在杆上的带正电的小球从上，将一套在杆上的带正电的小球从a端由静止释放端由静止释放后，小球先作加速运动，后作匀速运动到达后，小球先作加速运动，后作匀速运动到达b端，端，已知小球与绝缘杆间的动摩擦系数已知小球与绝缘杆间的动摩擦系数0.3，小球重，小球重力忽略不计，当小球脱离杆力忽略不计，当小球脱离杆进入虚线下方后，运动轨迹是半进入虚线下方后，运动轨迹是半圆，圆的半径是圆，圆的半径是L/3，求带电小球，求带电小球从从a到到b运动过程中克服摩擦力所运动过程中克服摩擦力所做的功与电场力所做功的比值。做的功与电场力所做功的比值。4/9带电粒子在匀强磁场中运动课件
