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高中物理 新人教版 选修 ３ - １ 系列课件

高中物理 新人教版 选修 ３ - １ 系列课件. 第三章 《 磁场 》. 第六节 《 带电粒子在 匀强磁场中的运动 》. 教学目标. （一）知识与技能 1 、知道什么是洛伦兹力 . 利用左手定则判断洛伦兹力的方向 . 2 、知道洛伦兹力大小的推理过程 . 3 、掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算 . 4 、了解 v 和 B 垂直时的洛伦兹力大小及方向判断 . 理解洛伦兹力对电荷不做功 . 5 、了解电视显像管的工作原理 （二）过程与方法

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高中物理 新人教版 选修 ３ - １ 系列课件

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Presentation Transcript

  1. 高中物理新人教版选修３-１系列课件

  2. 第三章《磁场》 第六节《带电粒子在匀强磁场中的运动》

  3. 教学目标 • （一）知识与技能 • 1、知道什么是洛伦兹力.利用左手定则判断洛伦兹力的方向. • 2、知道洛伦兹力大小的推理过程. • 3、掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算. • 4、了解v和B垂直时的洛伦兹力大小及方向判断.理解洛伦兹力对电荷不做功. • 5、了解电视显像管的工作原理 • （二）过程与方法 • 通过观察，形成洛伦兹力的概念，同时明确洛伦兹力与安培力的关系(微观与宏观)，洛伦兹力的方向也可以用左手定则判断。通过思考与讨论，推导出洛伦兹力的大小公式F=qvBsinθ。最后了解洛伦兹力的一个应用——电视显像管中的磁偏转。

  4. （三）情感态度与价值观 • 引导学生进一步学会观察、分析、推理，培养学生的科学思维和研究方法。让学生认真体会科学研究最基本的思维方法:“推理—假设—实验验证”。 • 二、重点与难点： • 重点：1.利用左手定则会判断洛伦兹力的方向. • 2.掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算. • 这一节承上(安培力)启下(带电粒子在磁场中的运动)，是本章的重点 • 难点：1.洛伦兹力对带电粒子不做功. • 2.洛伦兹力方向的判断. • 三、教具：电子射线管、高压电源、磁铁、多媒体

  5. 带电粒子在匀强磁场中的运动(1) 第１课时

  6. 磁场中的带电粒子一般可分为两类： 3、某些带电体是否考虑重力，要根据题目暗示或运动状态来判定 1、带电的基本粒子：如电子，质子，α粒子，正负离子等。这些粒子所受重力和洛仑磁力相比在小得多，除非有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力。（但并不能忽略质量）。 2、带电微粒：如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外，一般都考虑重力。

  7. 一、运动形式 判断下图中带电粒子（电量q，重力不计）所受洛伦兹力的大小和方向： 1、匀速直线运动。 2、 ?

  8. 如果带电粒子射入匀强磁场时,初速度方向与磁场方向垂直,粒子仅在洛伦兹力的作用下将作什么运动?如果带电粒子射入匀强磁场时,初速度方向与磁场方向垂直,粒子仅在洛伦兹力的作用下将作什么运动?

  9. 1、圆周运动的半径 2、圆周运动的周期 思考：周期与速度、半径什么关系？

  10. 粒子运动方向与磁场有一夹角 （大于0度小于90度）轨迹为螺线

  11. 几何法求半径 利用v⊥R 向心力公式求半径 利用弦的中垂线 带电粒子在磁场中运动情况研究 • 1、找圆心：方法 • 2、定半径： • 3、确定运动时间： 注意：θ用弧度表示

  12. 例：垂直纸面向外的匀强磁场仅限于宽度为d的条形区域内，磁感应强度为B．一个质量为m、电量为q的粒子以一定的速度垂直于磁场边界方向从α点垂直飞入磁场例：垂直纸面向外的匀强磁场仅限于宽度为d的条形区域内，磁感应强度为B．一个质量为m、电量为q的粒子以一定的速度垂直于磁场边界方向从α点垂直飞入磁场 区，如图所示，当它飞 离磁场区时，运动方向 偏转θ角．试求粒子的 运动速度v以及在磁场中 运动的时间t．

  13. 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，其初速度几乎为零，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。 • （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。

  14. 质谱仪 通过测出粒子圆周运动的半径，计算粒子的比荷或质量及分析同位素的仪器.

  15. 练习2氘核和α粒子，从静止开始经相同电场加速后，垂直进入同一匀强磁场作圆周运动.则这两个粒子的动能之比为多少？轨道半径之比为多少？周期之比为多少？练习2氘核和α粒子，从静止开始经相同电场加速后，垂直进入同一匀强磁场作圆周运动.则这两个粒子的动能之比为多少？轨道半径之比为多少？周期之比为多少？

  16. 练习1．如图，一束具有各种速率的带正一个元电荷的两种铜离子质量分别为m1和m2 ,水平地经小孔S进入有互相垂直的匀强电场和匀强磁场的区域，其中磁场、电场方向如图，只有那些路径不发生偏转的离子才能通过另一小孔进入匀强磁场中，此后两种离子将沿不同路径做圆周运动,到达底片P时两离子间距为d，求此d值。 • 已知：E=1.00 ☓105V/m • B=0.40T • B′=0.50T • m1=63 ☓1.66 ☓10-27kg • m2=65 ☓1.66 ☓10-27kg ,

  17. B R v O A 120° C v  2、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．∠AOC＝120o．则此粒子在磁场中运行的时间t＝__________． (不计重力)．

  18. e v θ B d 1、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=?

  19. 练习教材P102页第1,2,3

  20. 带电粒子在匀强磁场中的运动(2) 第２课时

  21. 复习回顾 1、圆周运动的半径 2、圆周运动的周期 思考：周期与速度、半径什么关系？

  22. 几何法求半径 利用v⊥R 向心力公式求半径 利用弦的中垂线 带电粒子在磁场中运动情况研究 • 1、找圆心：方法 • 2、定半径： • 3、确定运动时间： 注意：θ用弧度表示

  23. 例:如图所示，在第一象限有磁感应强度为B的匀强磁场，一个质量为m，带电量为+q的粒子以速度v从O点射入磁场，θ角已知，求粒子在磁场中飞行的时间和飞离磁场的位置（粒子重力不计）例:如图所示，在第一象限有磁感应强度为B的匀强磁场，一个质量为m，带电量为+q的粒子以速度v从O点射入磁场，θ角已知，求粒子在磁场中飞行的时间和飞离磁场的位置（粒子重力不计）

  24. 直线加速器 ～ 粒子在每个加速电场中的运动时间相等，因为交变电压的变化周期相同

  25. 回旋加速器

  26. 2．回旋加速器

  27. 回旋加速器 两D形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙有交变电场。 电场使粒子加速，磁场使粒子回旋。 粒子回旋的周期不随半径改变。让电场方向变化的周期与粒子回旋的周期一致，从而保证粒子始终被加速。

  28. 练习：回旋加速器中磁场的磁感应强度为B，D形盒的直径为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。求：练习：回旋加速器中磁场的磁感应强度为B，D形盒的直径为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。求： （1） 粒子的回转周期是多大？ （2）高频电极的周期为多大？ （3） 粒子的最大速度最大动能各是多大？ （4） 粒子在同一个D形盒中相邻两条轨道半径之比

  29. 结论 • 在磁场中做圆周运动,周期不变 • 每一个周期加速两次 • 电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相同 • 电场一个周期中方向变化两次 • 粒子加速的最大速度由盒的半径决定 • 电场加速过程中,时间极短,可忽略

  30. A、电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋A、电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋 B、电场和磁场同时用来加速带电粒子 C、同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由加速电压决定 D、同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由磁感应强度B决定和加速电压决定 １.关于回旋加速器的工作原理，下列说法正确的是： (A)

  31. B d I h 霍尔效应 I=neSv=nedhv eU/h=evB U=IB/ned=kIB/d k是霍尔系数

  32. 练习（2000理科综合）如图所示．厚度为h，宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A’之间会产生电势差．这种现象称为霍尔效应．实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关系为U=kIB/d练习（2000理科综合）如图所示．厚度为h，宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A’之间会产生电势差．这种现象称为霍尔效应．实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关系为U=kIB/d 式中的比例系数K称为霍尔系数． 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．横向电场对电子施加与洛仑兹力方向相反的静电力．当静电力与洛仑兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差。设电流I是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：

  33. （1）达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势 下侧面A’的电势（填：高于、低于或等于）。 (2)电子所受的洛仑兹力的大小为。 (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，证明霍尔系数为k=1/ne其中n代表导体板单位体积中电子的个数． 导学P98页第21题

  34. 带电粒子在匀强磁场中的运动(3) 第３课时

  35. V//B V⊥B v与B成θ角 带电粒子在无界匀强磁场中的运动 F洛=0 匀速直线运动 在只有洛仑兹力的作用下 F洛=Bqv 匀速圆周运动 F洛=Bqv⊥ 等距螺旋（0＜θ＜90°）

  36. 几何法求半径 利用v⊥R 向心力公式求半径 利用弦的中垂线 带电粒子在磁场中运动情况研究 • 1、找圆心：方法 • 2、定半径： • 3、确定运动时间： 注意：θ用弧度表示

  37. 确定带电粒子在磁场中运动轨迹的方法 1、物理方法： 作出带电粒子在磁场中两个位置所受洛仑兹力，沿其方向延长线的交点确定圆心，从而确定其运动轨迹。 2、物理和几何方法： 作出带电粒子在磁场中某个位置所受洛仑兹力，沿其方向的延长线与圆周上两点连线的中垂线的交点确定圆心，从而确定其运动轨迹。 3、几何方法： ①圆周上任意两点连线的中垂线过圆心②圆周上两条切线夹角的平分线过圆心③过切点作切线的垂线过圆心

  38. 有界磁场问题： 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沿与虚线成300、600、900、1200、1500、1800角分别射入，请你作出上述几种情况下粒子的轨迹、并求其在磁场中运动的时间。

  39. 入射角300时

  40. 入射角1500时

  41. 1、两个对称规律： 粒子在磁场中做圆周运动的对称规律： 从同一直线边界射入的粒子，从同一边界射出时，速度与边界的夹角相等。

  42. 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v<BqL/4m B．使粒子的速度v>5BqL/4m C．使粒子的速度v>BqL/m D．使粒子速度BqL/4m<v<5BqL/4m

  43. 例题讲解

  44. 练习、如图所示，在半径为r的圆形区域内，有一个匀强磁场，一带电粒子以速度v0从M点沿半径方向射入磁场区，并由N点射出，O点为圆心，∠MON=120°，求粒子在磁场区的偏转半径R及在磁场区中的运动时间。（粒子重力不计）练习、如图所示，在半径为r的圆形区域内，有一个匀强磁场，一带电粒子以速度v0从M点沿半径方向射入磁场区，并由N点射出，O点为圆心，∠MON=120°，求粒子在磁场区的偏转半径R及在磁场区中的运动时间。（粒子重力不计）

  45. 再见

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