帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)(修改)

1、關(guān)于帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)(修改)第一張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月問題：判斷下圖中帶電粒子（電量q，重力不計(jì)）所受洛倫茲力的大小和方向：1、勻速直線運(yùn)動(dòng)。F=qvBF=02、?一、 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)（重力不計(jì)）猜想：第二張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月1、勻強(qiáng)磁場-洛倫茲力的大小保持不變2、左手定則-洛倫茲力的方向總是與速度方 向垂直若帶電粒子（不計(jì)重力）以沿著與勻強(qiáng)磁場垂直的方向射入磁場，粒子將如何運(yùn)動(dòng)？勻速圓周運(yùn)動(dòng)第三張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月+r第四張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月一、帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑勻強(qiáng)磁場中帶電粒子運(yùn)

2、動(dòng)軌跡的半徑與哪些因素有關(guān)？思路: 帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力。若磁場強(qiáng)度不變：粒子射入的速度增加，軌道半徑將增大； 速度減小，軌道半徑將減小。若粒子射入速度不變：磁場強(qiáng)度增大，軌道半徑將減??；磁場強(qiáng)度減小，軌道半徑將增大。第五張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月亥姆霍茲線圈電 子 槍磁場強(qiáng)弱選擇擋加速電壓選擇擋洛倫茲力演示器實(shí)驗(yàn)：第六張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月勵(lì)磁線圈：作用是能在兩線圈之間產(chǎn)生平行于兩線圈中心的連線的勻強(qiáng)磁場加速電場：作用是改變電子束出射的速度第七張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月實(shí)驗(yàn)：觀察1：不加磁場時(shí)電子束軌跡結(jié)論：軌跡是一條

3、直線觀察2：若加勵(lì)磁電流，電子束軌跡將如何？ 觀察3 ：若加逆向的勵(lì)磁電流，電子束軌跡將 如何？第八張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月二、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)周期帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)周期有何特征？同一個(gè)粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期與速度無關(guān)第九張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月-e2v.BT=2m/eB例 2、勻強(qiáng)磁場中，有兩個(gè)電子分別以速率v和2v沿垂直于磁場方向運(yùn)動(dòng)，哪個(gè)電子先回到原來的出發(fā)點(diǎn)？兩個(gè)電子同時(shí)回到原來的出發(fā)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)周期和電子的速率無關(guān)軌道半徑與粒子射入的速度成正比v-e兩個(gè)電子軌道半徑如何？第十張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于

4、2022年6月例1：一個(gè)帶電粒子，沿垂直于磁場的方向射入一勻強(qiáng)磁場粒子的一段徑跡如下圖所示徑跡上的每一小段都可近似看成圓弧由于帶電粒子使沿途的空氣電離，粒子的能量逐漸減小(帶電量不變)從圖中情況可以確定A粒子從a到b，帶正電B粒子從a到b，帶負(fù)電C粒子從b到a，帶正電D粒子從b到a，帶負(fù)電 C第十一張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 一束帶電粒子以同一速度，并從同一位置進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，在磁場中它們的軌跡如圖所示.粒子q1的軌跡半徑為r1，粒子q2的軌跡半徑為r2，且r22r1，q1、q2分別是它們的帶電量.則 q1 帶_電、q2帶_電，荷質(zhì)比之比為 q1/m1 : q2/m2 _.r

5、1r2v2:1正負(fù)解: r=mv/qBq/m=v/Br1/rq 1/m1 : q2 /m2 = r2/r1 = 2:1返回第十二張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月帶電粒子在無界勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)F洛=0勻速直線運(yùn)動(dòng)F洛=Bqv勻速圓周運(yùn)動(dòng)F洛=Bqv等距螺旋（090）V/BVBv與B成角在只有洛侖茲力的作用下第十三張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)情況研究1、找圓心：方法2、定半徑：3、確定運(yùn)動(dòng)時(shí)間：注意：用弧度表示幾何法求半徑向心力公式求半徑利用vR利用弦的中垂線第十四張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月確定帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡的方法1、物理方法：

6、作出帶電粒子在磁場中兩個(gè)位置所受洛侖茲力，沿其方向延長線的交點(diǎn)確定圓心，從而確定其運(yùn)動(dòng)軌跡。2、物理和幾何方法：作出帶電粒子在磁場中某個(gè)位置所受洛侖茲力，沿其方向的延長線與圓周上兩點(diǎn)連線的中垂線的交點(diǎn)確定圓心，從而確定其運(yùn)動(dòng)軌跡。3、幾何方法：圓周上任意兩點(diǎn)連線的中垂線過圓心圓周上兩條切線夾角的平分線過圓心過切點(diǎn)作切線的垂線過圓心第十五張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月301.圓心在哪里?2.軌跡半徑是多少?思考OBdv 例3：r=d/sin 30o =2d r=mv/qBt=（ 30o /360o）T= T/12T=2 m/qBT=2 r/v小結(jié)：rt/T= 30o /360oA=3

7、0vqvB=mv2/rt=T/12= m/6qB3、偏轉(zhuǎn)角=圓心角1、兩洛倫茲力的交點(diǎn)即圓心2、偏轉(zhuǎn)角：初末速度的夾角。4.穿透磁場的時(shí)間如何求？3、圓心角 =? t=T/12= d/3vm=qBr/v=2qdB/vff第十六張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月1.如圖，虛線上方存在無窮大的磁場，一帶正電的粒子質(zhì)量m、電量q、若它以速度v沿與虛線成300、600、900、1200、1500、1800角分別射入，請(qǐng)你作出上述幾種情況下粒子的軌跡、并求其在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。有界磁場問題：第十七張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月入射角300時(shí)第十八張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年

8、6月第十九張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月入射角1500時(shí)第二十張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月例:如圖所示，在第一象限有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，一個(gè)質(zhì)量為m，帶電量為+q的粒子以速度v從O點(diǎn)射入磁場，角已知，求粒子在磁場中飛行的時(shí)間和飛離磁場的位置（粒子重力不計(jì)）第二十一張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱規(guī)律：從同一直線邊界射入的粒子，從同一邊界射出時(shí)，速度與邊界的夾角相等。1、兩個(gè)對(duì)稱規(guī)律：第二十二張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月例5、如圖所示，在半徑為r的圓形區(qū)域內(nèi)，有一個(gè)勻強(qiáng)磁場，一帶電粒子以速度v0從M點(diǎn)沿半徑方向射

9、入磁場區(qū)，并由N點(diǎn)射出，O點(diǎn)為圓心，AOB=120，求粒子在磁場區(qū)的偏轉(zhuǎn)半徑R及在磁場區(qū)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。（粒子重力不計(jì)）rR6030r/R=tan30R=rtan60ot=（ 60o /360o）T= T/6T=2 R/v030r/R=sin30R/r=tan60第二十三張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月臨界問題例：長為L的水平極板間，有垂直紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場，如圖所示，磁感強(qiáng)度為B，板間距離也為L，板不帶電，現(xiàn)有質(zhì)量為m，電量為q的帶正電粒子（不計(jì)重力），從左邊極板間中點(diǎn)處垂直磁感線以速度v水平射入磁場，欲使粒子不打在極板上，可采用的辦法是： （ ）A使粒子的速度v5BqL/4mC使粒

10、子的速度vBqL/mD使粒子速度BqL/4mv dr d/2mv0/qB d/2B 2mv0q/dr1r q mv0/13d第二十六張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 可見半徑不同意味著比荷不同，意味著它們是不同的粒子這就是質(zhì)譜儀的工作原理第二十七張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月一、質(zhì)譜儀原理分析1、質(zhì)譜儀:是測量帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具2、工作原理將質(zhì)量不等、電荷數(shù)相等的帶電粒子經(jīng)同一電場加速再垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場，由于粒子質(zhì)量不同，引起軌跡半徑不同而分開，進(jìn)而分析某元素中所含同位素的種類第二十八張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月質(zhì)譜儀的兩種裝置帶電粒子質(zhì)

11、量m,電荷量q,由電壓U加速后垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場,設(shè)軌道半徑為r,則有：NUOMB可得帶電粒子質(zhì)量m,電荷量q,以速度v穿過速度選擇器(電場強(qiáng)度E，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1),垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的勻強(qiáng)磁場.設(shè)軌道半徑為r,則有：MB2EB1NqE=qvB1可得：均可測定荷質(zhì)比第二十九張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月1.加速器的種類有哪些?2.各自是如何實(shí)現(xiàn)對(duì)帶電粒子加速的?3.各有什么優(yōu)缺點(diǎn)?閱讀課本P101 思考下列問題第三十張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月1加速原理： 利用加速電場對(duì)帶電粒子做正功使 帶電粒子的動(dòng)能增加。二.加速器直線加速器+U+第三十一張，P

12、PT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月2直線加速器（多級(jí)加速） 如圖所示是多級(jí)加速裝置的原理圖：二.加速器直線加速器第三十二張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月直線加速器粒子在每個(gè)加速電場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等，因?yàn)榻蛔冸妷旱淖兓芷谙嗤谌龔垼琍PT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月斯坦福大學(xué)的加速器多級(jí)直線加速器有什么缺點(diǎn)？第三十四張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月直線加速器 利用加速電場對(duì)帶電粒子做正功,使帶電的粒子動(dòng)能增加，即 qU =Ek直線加速器的多級(jí)加速： 教材圖3.6-5所示的是多級(jí)加速裝置的原理圖，由動(dòng)能定理可知，帶電粒子經(jīng)n級(jí)的電場加速后增加的動(dòng)能， Ek=q（U1

13、+U2+U3+U4+Un）直線加速器占有的空間范圍大，在有限的空間內(nèi)制造直線加速器受到一定的限制。P1圖3.6-5多級(jí)加速器P2P3P4P5P6一級(jí)二級(jí)三級(jí)n級(jí)加速原理：第三十五張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月回旋加速器第三十六張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月1932年,美國物理學(xué)家勞侖斯發(fā)明了回旋加速器，從而使人類在獲得具有較高能量的粒子方面邁進(jìn)了一大步為此，勞侖斯榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)第三十七張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十八張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月回旋加速器第三十九張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月回旋加速器1、作用：產(chǎn)生高速運(yùn)

14、動(dòng)的粒子2、原理用磁場控制軌道、用電場進(jìn)行加速+-+-第四十張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月回旋加速器第四十一張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月回旋加速器第四十二張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月交變回旋加速器交變電壓的周期TE = 粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的周期TB第四十三張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月Dv=？UB解：當(dāng)粒子從D形盒出口飛出時(shí)，粒子的運(yùn)動(dòng)半徑=D形盒的半徑回旋加速器第四十四張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月Dv=？UB回旋加速器第四十五張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月問題6：D越大，EK越大，是不是只要D不斷增大， EK 就可以

15、無限制增大呢?回旋加速器第四十六張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月美國費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室加速器第四十七張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月2.交變電場的周期和粒子的運(yùn)動(dòng)周期 T相同-保證粒子每次經(jīng)過交變 電場時(shí)都被加速1. 粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)周期不變 回旋加速器問題歸納第四十八張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月3.帶電粒子每經(jīng)電場加速一次,回旋半徑 就增大一次,每次增加的動(dòng)能為4.粒子加速的最大速度由盒的半徑?jīng)Q定問題歸納第四十九張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月周期與速度和軌道半徑無關(guān)帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期公式 ,帶電粒子的周期在q、m、B不變的情況下與速度和軌

16、道半徑無關(guān)。 因而圓運(yùn)動(dòng)周長 也將與v成正比例地增大， 如果其他因素(q、m、B)不變, 則當(dāng)速率v加大時(shí),得知圓運(yùn)動(dòng)半徑將與v成正比例地增大,由因此運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間（周期）仍將保持原值。 第五十張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月最終能量粒子運(yùn)動(dòng)半徑最大為D形盒的半徑R帶電粒子經(jīng)加速后的最終能量：由有 所以最終能量為 討論：要提高帶電粒子的最終能量，應(yīng)采取什么措施？ 回旋加速器加速的帶電粒子, 能量達(dá)到25 MeV 30 MeV后，就很難再加速了。第五十一張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng),周期不變每一個(gè)周期加速兩次電場的周期與粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)周期相同電場

17、一個(gè)周期中方向變化兩次粒子加速的最大速度由盒的半徑?jīng)Q定電場加速過程中,時(shí)間極短,可忽略結(jié)論第五十二張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月.關(guān)于回旋加速器的工作原理，下列說法正確的是：A、電場用來加速帶電粒子，磁場則使帶電粒子回旋B、電場和磁場同時(shí)用來加速帶電粒子C、同一加速器，對(duì)某種確定的粒子，它獲得的最大動(dòng)能由加速電壓決定D、同一加速器，對(duì)某種確定的粒子，它獲得的最大動(dòng)能由磁感應(yīng)強(qiáng)度B決定和加速電壓決定(A)第五十三張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月06年廣東東莞中學(xué)高考模擬試題88回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電兩極相連接的兩個(gè)D形金屬盒，兩盒間的狹

18、縫中形成的周期性變化的勻強(qiáng)電場，使粒子在通過狹縫時(shí)都能得到加速兩D形金屬盒處于垂直于盒底面的勻強(qiáng)磁場中，如圖所示，設(shè)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，D形金屬盒的半徑為R，狹縫間的距離為d，勻強(qiáng)電場間的加速電壓為U，要增大帶電粒子（電荷量為q質(zhì)量為m，不計(jì)重力）射出時(shí)的動(dòng)能，則下列方法中正確的是： ( )A增大勻強(qiáng)電場間的加速電壓 B減小狹縫間的距離C增大磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度 D增大D形金屬盒的半徑dRBU解：C D第五十四張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)：撞出物質(zhì)奧秘 大科學(xué)裝置的存在和應(yīng)用水平，是一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的具象。它如同一塊巨大的磁鐵，能夠集聚智慧，構(gòu)成一個(gè)多學(xué)科

19、陣地。作為典型的大科學(xué)裝置，北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的重大改造工程就是要再添磁力。 北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)在我國大科學(xué)裝置工程中赫赫有名，為示范之作。1988年10月16日凌晨實(shí)現(xiàn)第一次對(duì)撞時(shí)，曾被形容為“我國繼原子彈、氫彈爆炸成功、人造衛(wèi)星上天之后，在高科技領(lǐng)域又一重大突破性成就”。北京正負(fù)對(duì)撞機(jī)重大改造工程的實(shí)施，將讓這一大科學(xué)裝置“升級(jí)換代”，繼續(xù)立在國際高能物理的前端。 北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)重大改造工程完工后，將成為世界上最先進(jìn)的雙環(huán)對(duì)撞機(jī)之一。 第五十五張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月世界上最大、能量最高的粒子加速器歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) 第五十六張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月

20、世界最大對(duì)撞機(jī)啟動(dòng)模擬宇宙大爆炸 中國參與研究 這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)在深入地底100米、長達(dá)27公里的環(huán)型隧道內(nèi)進(jìn)行?？茖W(xué)家預(yù)計(jì)，粒子互相撞擊時(shí)所產(chǎn)生的溫度，比太陽溫度還要高10萬倍，就好比137億年前宇宙發(fā)生大爆炸時(shí)那一剎那的情況。 在瑞士和法國邊界地區(qū)的地底實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，科學(xué)家們正式展開了被外界形容為“末日實(shí)驗(yàn)”的備受爭議的計(jì)劃。他們啟動(dòng)了全球最大型的強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)，把次原子的粒子運(yùn)行速度加快至接近光速，并將互相撞擊，模擬宇宙初開“大爆炸”后的情況?？茖W(xué)家希望借這次實(shí)驗(yàn)，有助解開宇宙間部分謎團(tuán)。但有人擔(dān)心，今次實(shí)驗(yàn)或會(huì)制造小型黑洞吞噬地球，令末日論流言四起。第五十七張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月四、霍爾效應(yīng) 1879年霍耳發(fā)現(xiàn)，把一載流導(dǎo)體放在磁場中，如果磁場方向與電流方向垂直，則在與磁場和電流二者垂直的方向上出現(xiàn)橫向電勢差，這一現(xiàn)象稱之為霍耳現(xiàn)象。第五十八張，PPT共