2020-2021学年6 带电粒子在匀强磁场中的运动教学ppt课件

这是一份2020-2021学年6 带电粒子在匀强磁场中的运动教学ppt课件，共20页。PPT课件主要包含了教材分析，教学目标，教学重难点，教学过程，问题讨论，洛伦兹力演示仪，qvBmv2R，RmvqB，一质谱仪，实际应用等内容，欢迎下载使用。

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带电粒子在磁场中的运动是人教版高中物理选修3-1第三章磁场三章最第六节的内容，本节课是磁场这一章内容的重中之重，在高考题中常以综合计算题形式出现，本节教材既联系了高一的匀速圆周运动内容，又承接前面带电粒子在磁场中所受洛伦兹力的内容，既是力学部分和电磁学部分旧知识的回忆复习，又是将这两部分有机整合进行全新理论的构建过程。学好本节内容将增强学生科学素质，能为今后进一步更好地掌握学习方法打下基础.
【知识与能力目标】1、理解洛伦兹力对粒子不做功. 2、理解带电粒子的v与B垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动. 3、会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的r、T及其应用。 4、知道质谱仪与回旋加速器的基本构造、工作原理 及用途 。   【过程与方法目标】通过综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在复合场（电场、磁场）中的问题. 培养学生的分析推理能力以及应用物理知识解决实际问题的能力 【情感态度价值观目标】通过对本节的学习，充分了解科技的威力，体会科技的创新历程。
【教学重点】1、 带电粒子垂直进入匀强磁场中运动的规律。 2、 半径和周期公式的应用。 【教学难点】带电粒子在匀强磁场中运动轨迹的确定。
复习回顾1.带电粒子在磁场中受洛伦兹力的计算公式？带电粒子运动方向垂直于磁场方向，F=qvB，该公式的设用条件是V与B相互垂直,带电粒子运动方向平行于磁场方向，F=0。2.带电粒子进入磁场时所受的洛伦兹力的方向？ 与磁场的方向垂直。
1、带电粒子的轨迹在哪个方位？ 2、速度如何变化？ 3、受力如何变化？ 4、轨迹是什么形状?
因为洛伦兹力总是跟粒子的运动方向垂直,所以洛伦兹力不对粒子做功，粒子的速度大小不变
因为洛伦兹力总是跟粒子的运动方向垂直，所以速度方向改变
速度大小不变，所以洛伦兹力大小也不变
速度方向改变，所以洛伦兹力方向也改变
因为带电粒子受到一个大小不变，方向总与粒子运动方向垂直的力，因此带电粒子做匀速圆周运动，其向心力就是洛伦兹力
因为带电粒子的初速度和所受洛伦兹力的方向都在跟磁场方向垂直的平面内，没有任何作用使粒子离开这个平面　
工作原理：由电子枪发出的电子射线可以使管的低压水银蒸汽发出辉光，显示出电子的径迹。
两个平行的通电环形线圈可产生沿轴线方向的匀强磁场
结论：带电粒子垂直进入磁场中，粒子在垂直磁场方向的平面内做匀速圆周运动，此洛伦兹力不做功。
问题：一带电量为q，质量为m，速度为v的带电粒子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其半径r和周期T为多大？
实验现象：在暗室中可以清楚地看到，在没有磁场作用时，电子的径迹是直线；在管外加上匀强磁场，电子的径迹变弯曲成圆形。
推导:粒子做匀速圆周运动所需的向心力 是由粒子所受的洛伦兹力提供的,所以
说明:1、轨道半径和粒子的运动速率成正比。2、带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期和运动速率无关。
例题：如图所示，一束带正电的相同的粒子垂直磁场边界自O点射入匀强磁场中后分成了3束，其运动轨迹如图，粒子运动方向与磁场方向垂直，不计粒子的重力作用，已知OA=OC/2=OD/3，则这三束粒子的速率之比
电荷在匀强磁场中的三种运动形式
如运动电荷在匀强磁场中除洛仑兹力外其他力均忽略不计（或均被平衡）
(2)当V⊥B时，所受洛仑兹力提供向心力，做匀速圆周运动；
(3)当υ与B夹一般角度时，由于可以将υ正交分解为υ∥和υ⊥（分别平行于和垂直于）B，因此电荷一方向以υ∥的速度在平行于B的方向上做匀速直线运动，另一方向以υ⊥的速度在垂直于B的平面内做匀速圆周运动。
(1)当V∥B时，所受洛仑兹力为零，做匀速直线运动；
T=2πR/v=2πm/qB
在同一磁场中，不同的速度的运动粒子，其周期与速度无关，只与其荷质比有关．
③速度选择器（E、B1)
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U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B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上（如图） （1）求粒子进入磁场时的速率。 （2）求粒子在磁场中运动的轨道半径。
由此可知电压越高，粒子获得的能量越高，速度越大，但电压不可能无限制地提高（为什么？）
困难：技术上不能产生过高电压
电源极性不能恒定，必须及时改变电源的极性，可采用高频交变电源且要求电源极性变化必须与粒子运动配合默契步调一致，即满足同步条件，这是确保加速器正常工作的关键所在． 为了满足同步条件，在筒长不变时，高频交变电源的频率要越来越高，或电源频率不变，圆筒要相应加长．
用磁场控制轨迹，用电场进行加速
解决上述困难的一个途径是把加速电场“卷起来”
思考：回旋加速器中磁场的磁感应强度为B，D形盒的半径为R，两盒间缝隙宽度为d，用该回旋加速器加速质量为m、电量为q的粒子，设粒子加速前的初速度为零。加速电压为U,求：
（1）粒子的回转周期是多大？
（2）高频电极的周期为多大？
（3）粒子经一个周期加速能量的变化为多少？
（4）粒子的最大动能多大？
（5）粒子获得最大动能为Ek时，加速的次数和所需时间
（6） 粒子在金属盒中相邻两条轨道半径之比
1、作用：产生高速运动的粒子
1）两D形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙有交变电场。
2）交变电场的周期等于粒子做匀速圆周运动的周期。
3）粒子最后出加速器的速度大小由盒的半径决定。