36带电粒子在匀强电场中的运动.PPT

* 导入新课 实验室常有这样的仪器你知道这是什么吗？ 带电粒子在磁场中运动的轨迹是一个圆 第三章 磁场 3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动 教学目标 1. 知识与能力 ☆知道洛伦兹力演示仪的原理。 ☆知道带电粒子沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场会在磁场中做圆周运动。 ☆知道圆周运动的半径与磁感应强度的大小和入射速度的大小有关。 ☆学会推导匀速圆周运动的半径公式和周期公式。 2. 过程与方法 3.情感态度与价值观 ☆能够用学过的知识分析、计算有关带电粒子在匀强磁场中受力、运动的问题。 ☆知道运用洛伦兹力演示仪、回旋加速器、多媒体教学设备了解本节知识。 ☆学会实践与理论相结合，更好的运用科学文化知识。 教学重点 教学重点： 教学难点： 圆周运动的轨迹 圆周运动的周期 圆周运动的半径 质谱仪的原理 回旋加速器的原理 内容解析 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 二、回旋加速器 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 首先我们先来介绍一下本节要用到的仪器： 图中的是洛伦兹力演示仪。通过它我们可以来观测到电子在磁场中运动的轨迹。下面我们来了解一下它的构造。 电子束由电子枪产生，玻璃泡内充有稀薄的气体，在电子束通过时能够显示电子的轨迹。励磁线圈的作用是在两线圈之间产生匀强磁场，磁场的方向与两线圈中心的连线平行。电子的速度大小和磁感应强度可以分别通过电子枪的加速电压和励磁线圈的电流来调节。 励磁线圈 玻璃泡 电子枪 观察 电子在磁场中的偏转 1.不加磁场时观察电子束的径迹。 2.给励磁线圈通电，在玻璃泡中产生沿两线圈中心连线方向。由纸内指向读者的磁场观察电子束的径迹。 3.保持出设电子的速度不变，改变磁感应强度，观察电子束径迹的变化。 4.保持磁感应强度不变，改变出射电子的速度，观察电子束径迹的变化。 根据电子演示仪，我们可以将自己的猜测与实验结果相对照。 不加磁场时，电子束的轨迹是一条直线，但是加上磁场时，电子束变成一个圆。保持出射电子的速度不变，改变磁感应强度或者保持磁感应强度不变，改变电子的出射速度圆的大小都会改变。 由此可见，电子的轨迹与磁感应强度和电子的出射速度有关。 洛伦兹力演示仪是一种特制的电子射线管，由电子枪发出的电子射线可以使管内的低压水银蒸汽（或氢气）发出辉光，显示电子的轨迹，在暗室中可以清楚地看到，在没有磁场作用时，电子的轨迹是直线；在管外加上匀强磁场（这个磁场是由两个平行的通电环形线圈产生的），电子的轨迹就弯曲成圆形。 粒子的轨迹为什么是圆形的呢? 平面内运动。洛伦兹力总是跟粒子的运动方向垂直，不对粒子做功，它只能改变粒子的运动方向，而不改变粒子的速率，所以粒子运动的速率v是恒定的。这时洛伦兹力F=qvB的大小不变，即带电粒子受到一个大小不变、方向总与粒子方向垂直的力，因此带电粒子做匀速圆周运动，其向心力就是洛伦兹力。 垂直射入匀强磁场的带电粒子，它的初速度和所受的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，所以粒子只能在这个 下面我们来探究圆周运动的半径大小和周期: 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？ 半径的推导 电子在磁场中所受的洛伦兹力的大小为： 洛伦兹力提供电子在磁场中的向心力: 两式联立可以推导出圆周运动的半径为: 电子在磁场中所受的洛伦兹力的大小为： 洛伦兹力提供电子在磁场中的向心力: 两式联立可以推导出圆周运动的半径为: 周期的推导 轨道半径和粒子的质量和速度成正比，与磁感应强度和粒子的电荷量成反比。 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，只与质量和电荷量、磁感应强度有关。 1、半径公式： 2、周期公式： 到现在为止，我们已经知道，电场可以对带电粒子施加影响，磁场也可以对带电粒子施加影响，当然，电场和磁场共同存在时对带电粒子也会施加影响。这一知识在现代科学技术中有着广泛的应用。例如电视机中的显像管、电子显微镜和我们下面将要介绍的质谱仪、回旋加速器等。 质谱仪最初是由汤姆生的学生阿斯顿设计的，他用质谱仪发现了氖20和氖22，证实了同位素的存在。现在的质谱仪已经是一种十分精密的仪器，是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。 在左图中，如果电容器A中含有电荷量相同而质量有微小差别的粒子，它们进入磁场后将沿着不同的半径做圆周运动，打到照片底片的不同位置，在底片上形成若干谱线状的细条，叫做质谱线。 每一条谱线对应于一定的质量