帶電粒子在勻強磁場中運動

帶電粒子在勻強磁場中運動第一頁，共四十一頁，2022年，8月28日亥姆霍茲線圈電子槍磁場強弱選擇擋加速電壓選擇擋洛倫茲力演示器實驗：第二頁，共四十一頁，2022年，8月28日第三頁，共四十一頁，2022年，8月28日②勵磁線圈：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磁場①加速電場：作用是改變電子束出射的速度第四頁，共四十一頁，2022年，8月28日判斷下圖中帶電粒子（電量q，重力不計）所受洛倫茲力的大小和方向：勻速直線運動FF=0一、帶電粒子在勻強磁場中的運動（重力不計）勻速圓周運動粒子運動方向與磁場有一夾角（大于0度小于90度）軌跡為螺線第五頁，共四十一頁，2022年，8月28日+第六頁，共四十一頁，2022年，8月28日一、帶電粒子運動軌跡的半徑勻強磁場中帶電粒子運動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動，洛倫茲力提供向心力?？梢妑與速度V、磁感應(yīng)強度B、粒子的比荷有關(guān)第七頁，共四十一頁，2022年，8月28日例1：一個帶電粒子，沿垂直于磁場的方向射入一勻強磁場．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?。捎趲щ娏Ｗ邮寡赝镜目諝怆婋x，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第八頁，共四十一頁，2022年，8月28日-e2v................BT=2πm/eB例

2、勻強磁場中，有兩個電子分別以速率v和2v沿垂直于磁場方向運動，哪個電子先回到原來的出發(fā)點？兩個電子同時回到原來的出發(fā)點運動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兩個電子軌道半徑如何？第九頁，共四十一頁，2022年，8月28日二、帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動時周期帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動時周期有何特征？可見同一個粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的周期與速度無關(guān)回旋加速器就是根據(jù)這一特點設(shè)計的

第十頁，共四十一頁，2022年，8月28日例1．一個帶負(fù)電粒子（質(zhì)量為m，帶電量為q），以速率v在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中做逆時針圓周運動（沿著紙面），則該勻強磁場的方向為垂直于紙面向里還是向外？粒子運轉(zhuǎn)所形成的環(huán)形電流的大小為多大？-m，qvF=qvB................B勻強磁場的方向為垂直于紙面向外I=q/tI=q/TT=2π（mv/qB）/vI=q/T=q2B/2πm第十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日1.一束帶電粒子以同一速度，并從同一位置進入勻強磁場，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r2＝2r1，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

＝___________.r1r2v2:1正負(fù)解:r=mv/qB∴q/m=v/Br∝1/r∴q1/m1:q2/m2=r2/r1=2:1返回第十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日2.如圖所示，水平導(dǎo)線中有穩(wěn)恒電流通過，導(dǎo)線正下方電子初速度方向與電流方向相同，其后電子將()

(A)沿a運動，軌跡為圓；(B)沿a運動，曲率半徑越來越??；(C)沿a運動，曲率半徑越來越大；(D)沿b運動，曲率半徑越來越小.bvaIC3.質(zhì)子和氘核經(jīng)同一電壓加速，垂直進入勻強磁場中，則質(zhì)子和氘核的動能E1、E2，軌道半徑r1、r2的關(guān)系是()(A)E1＝E2，r1＝r2；(B)E1＝E2，r1＜r2；(C)E1＝E2，r1＞r2；(D)E1＜E2，r1＜r2.B返回第十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日

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)譜儀的工作原理第十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日一、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入同一勻強磁場，由于粒子質(zhì)量不同，引起軌跡半徑不同而分開，進而分析某元素中所含同位素的種類第十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日質(zhì)譜儀的兩種裝置⑴帶電粒子質(zhì)量m,電荷量q,由電壓U加速后垂直進入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場,設(shè)軌道半徑為r,則有：NUOMB可得⑵帶電粒子質(zhì)量m,電荷量q,以速度v穿過速度選擇器(電場強度E，磁感應(yīng)強度B1),垂直進入磁感應(yīng)強度為B2的勻強磁場.設(shè)軌道半徑為r,則有：MB2EB1NqE=qvB1可得：均可測定荷質(zhì)比第十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日1.加速器的種類有哪些?2.各自是如何實現(xiàn)對帶電粒子加速的?3.各有什么優(yōu)缺點?閱讀課本P101

思考下列問題第十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日1．加速原理：利用加速電場對帶電粒子做正功使帶電粒子的動能增加。二.加速器直線加速器+U+++第十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日2．直線加速器（多級加速）如圖所示是多級加速裝置的原理圖：二.加速器直線加速器第十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日～直線加速器粒子在每個加速電場中的運動時間相等，因為交變電壓的變化周期相同第二十頁，共四十一頁，2022年，8月28日斯坦福大學(xué)的加速器多級直線加速器有什么缺點？第二十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日直線加速器

利用加速電場對帶電粒子做正功,使帶電的粒子動能增加，即

qU=ΔEk②直線加速器的多級加速：教材圖3.6-5所示的是多級加速裝置的原理圖，由動能定理可知，帶電粒子經(jīng)n級的電場加速后增加的動能，ΔEk=q（U1+U2+U3+U4+…Un）③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多級加速器P2P3P4P5P6一級二級三級n級…①加速原理：第二十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日回旋加速器第二十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日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了一大步．為此，勞侖斯榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎．第二十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日第二十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日回旋加速器第二十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日回旋加速器1、作用：產(chǎn)生高速運動的粒子2、原理用磁場控制軌道、用電場進行加速+-+-~第二十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日回旋加速器第二十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日回旋加速器第二十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日交變回旋加速器交變電壓的周期TE=粒子在磁場中運動的周期TB第三十頁，共四十一頁，2022年，8月28日Dv=？UB解：當(dāng)粒子從D形盒出口飛出時，粒子的運動半徑=D形盒的半徑回旋加速器第三十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日Dv=？UB回旋加速器第三十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日問題6：D越大，EK越大，是不是只要D不斷增大，EK

就可以無限制增大呢?回旋加速器第三十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日美國費米實驗室加速器第三十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日2.交變電場的周期和粒子的運動周期

T相同----保證粒子每次經(jīng)過交變電場時都被加速1.粒子在勻強磁場中的運動周期不變

回旋加速器問題歸納第三十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日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定問題歸納第三十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日周期與速度和軌道半徑無關(guān)帶電粒子做勻速圓周運動的周期公式,帶電粒子的周期在q、m、B不變的情況下與速度和軌道半徑無關(guān)。因而圓運動周長也將與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,得知圓運動半徑將與v成正比例地增大,由因此運動一周的時間（周期）仍將保持原值。第三十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日最終能量粒子運動半徑最大為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,能量達到25MeV～30MeV后，就很難再加速了。第三十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日１.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、電場和磁場同時用來加速帶電粒子C、同一加速器，對某種確定的粒子，它獲得的最大動能由加速電壓決定D、同一加速器，對某種確定的粒子，它獲得的最大動能由磁感應(yīng)強度B決定和加速電壓決定(A)第三十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日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D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的勻強電場，使粒子在通過狹縫時都能得到加速．兩D形金屬盒處于垂直于盒底面的勻強磁場中，如圖所示，設(shè)勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，D形金屬盒的半徑為R，狹縫間的距離為d，勻強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，不計重力）射出時的動能，則下列方法中正確的是：()A．增大勻強電場間的加速電壓B．減小狹縫間的距離 C．增大磁場的磁感應(yīng)強度D．增大D形金屬盒的半徑dRBU解：CD第四十頁，共四十一頁，2022年，8月28日北京正負(fù)電子對撞機：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)成一個多學(xué)科陣地。作為典型的大科學(xué)裝置，北京正負(fù)電子對撞機的