高二物理競賽帶電粒子在磁場中的運(yùn)動 課件

1、

帶電粒子在磁場中的運(yùn)動一.帶電粒子在均勻磁場中運(yùn)動1.當(dāng)時，粒子將在磁場中作勻速圓周運(yùn)動回旋半徑結(jié)論：強(qiáng)度逐漸增加的磁場能使粒子發(fā)生反射，這種磁場分布被稱為“磁鏡”。◆磁約束利用兩個亥姆赫茲線圈就可以實(shí)現(xiàn)兩邊強(qiáng)中間弱的磁場分布，從而將帶電粒子束縛于其中。

應(yīng)用：利用磁約束裝置，可以把高溫等離子體約束起來，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可控核聚變。磁瓶等離子體約束利用一組線圈如下圖環(huán)形排列，通電后就可形成等離子體磁約束裝置，該裝置又稱托卡馬克裝置，是實(shí)現(xiàn)高溫等離子體磁約束，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可控核聚變的重要設(shè)備。清華等離子體物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的球形托卡馬克裝置SUNIS裝置（SinoUnitedSphericalTokamak）目前，由中科院等離子體物理研究所設(shè)計制造的EAST全超導(dǎo)非圓截面托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置大部件已安裝完畢，進(jìn)入抽真空降溫試驗(yàn)階段。EAST全超導(dǎo)托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置以探索無限而清潔的核聚變能源為目標(biāo)，將于今年3、4月在合肥建成。這個裝置也被通稱為“人造太陽”，能夠像太陽一樣給人類提供無限清潔的能源。技術(shù)人員在進(jìn)行托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置安裝思考：在地磁兩極附近，由外太空入射的粒子？◆地磁場就是一個天然的磁約束裝置。磁捕集器地磁場靠近兩極處的磁場強(qiáng)，而赤道平面處的磁場弱。俘獲從外層空間入射的帶電粒子，形成一個帶電粒子區(qū)域——范·艾倫輻射帶極光美麗的極光若在某一區(qū)域內(nèi)同時有電場和磁場存在，則運(yùn)動的帶電粒子在此區(qū)域內(nèi)所受到的作用力應(yīng)是：因此，可以利用外加的電場和磁場，來控制帶電粒子流的運(yùn)動，這在近代科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用是極為重要的帶電粒子在電場和磁場中運(yùn)動舉例回顧：測量粒子的比荷1.

速度選擇器當(dāng)Fm=Fe

時，即qvB=qE粒子的速度v

滿足v=E/B，帶電粒子方可作勻速直線運(yùn)動，穿越這個區(qū)域。速度選擇器，亦稱速度過濾器E++++++B+v+vFmFe2.

回旋加速器1932年（美）勞倫斯研制第一臺回旋加速器。此加速器可將質(zhì)子和氘核加速到1MeV的能量，為此1939年勞倫斯獲得諾貝爾物理學(xué)獎。（锝Tc）回旋加速器的工作原理回旋加速器原理圖NSBO~N頻率保持每經(jīng)過半個周期電場改變一次方向B××××××××××××××××××××××××××××××××俯視圖++D1D2回旋周期與交變電壓的周期相等—共振條件B××××××××××××××××××××××××××××××××俯視圖++D1D2到D形圓盒邊緣時小結(jié)：電場使粒子加速，磁場使粒子做回旋運(yùn)動。因此可以在一個不大的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對粒子的多次加速。加速電場回旋加速器的結(jié)構(gòu)和工作原理圖（俯視圖）我國于1994年建成的第一臺強(qiáng)流質(zhì)子加速器，可產(chǎn)生數(shù)十種中短壽命放射性同位素解：(1)由共振條件：例有一臺粒子回旋加速器，工作時交變電壓的頻率為，半圓形電極的半徑為

。如果用該加速器加速氘核，問：(1)所需磁場的磁感強(qiáng)度有多大？

(2)氘核可獲得的最大速度有多大？最大動能有多大？(2)例7-3-2被電勢差U

加速的電子從電子槍口T發(fā)射出來，其初速度指向x方向。為使電子束能擊中目標(biāo)M（直線TM與x軸夾角為θ），在電子槍外空間加一均勻磁場B，其方向與TM平行，如圖所示。已知從T到M的距離為d，電子質(zhì)量為m，帶電量為e。為使電子恰能打中M點(diǎn)，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B。BUTMxd?θ分析：電子初速度v

與B

不平行，電子在勻強(qiáng)磁場中將作一等螺距的螺旋運(yùn)動。為使電子擊中M點(diǎn)，M點(diǎn)應(yīng)在螺旋線上，且從T到M的距離應(yīng)等于螺距的整數(shù)倍。解：從電子槍口T發(fā)射出來的電子的速率為：電子速度與B

平行的