帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運動公開課課件

帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運動公開課知識回顧、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運動勻加速直線運動?q類平拋運動v?qvF受力分析——運動一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運動勻速直線運動猜想：?qvv?q二、帶電粒子運動軌跡的半徑勻強(qiáng)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。vqvB?mr2mvr?qB可見r與速度V、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、粒子的比荷有關(guān)三、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運動時周期帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運動時周期有何特征？2?rmv根據(jù)T?結(jié)合r?vqB2?m可知T?qB可見同一個粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運動的周期與速度無關(guān)..例2、勻強(qiáng)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？v.-e...-e..T=2πm/eB運動周期和電子的速率無關(guān)兩個電子同時回到原來的出發(fā)點2v......兩個電子軌道半徑如何？B..mvr??veB軌道半徑與粒子射入的速度成正比（二）實驗論證：洛倫茲力演示器勵磁線圈電加速電壓選擇擋子槍磁場強(qiáng)弱選擇擋演示實驗：?1、不加磁場時，觀察電子束的軌跡；勻速直線運動?2、給線圈通電，觀察電子束的軌跡；勻速圓周運動?3、保持初射速度V不變，改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小，觀察電子束的軌跡變化；B越大、R越小?4、保持磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，改變初射速度V的大小，觀察電子束的軌跡變化。V越大、R越大思考：帶電粒子在磁場中的運動：勻速直線運動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）軌跡為螺線例1：一個帶電粒子，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?。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CA．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)電通過氣泡室顯示的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運動徑跡導(dǎo)學(xué)案：問題4質(zhì)譜儀?如圖所示，一質(zhì)量為m，電荷量為q的粒子從容器A下方小孔S1飄入電勢差為U的加速電場，然后讓粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中，最后打到底片D上.?(1)粒子在S1區(qū)做什么運動??(2)在S2區(qū)做何種運動，在S3區(qū)將做何種運動??(3)粒子進(jìn)入磁場時的速率？?(4)粒子在磁場中運動的軌道半徑？在S1

S2間，電場力做功獲得能12mv?qU2可得：v?2qUm以速度v垂直進(jìn)入磁場,洛侖茲力提供向心力vmvqvB?m?r?rqB可見半徑不同意味著比荷不同，12mU意味著它們是不同代入v可得：r?Bq的粒子2這就是質(zhì)譜儀的工作原理阿斯頓（湯姆生的學(xué)生）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均可測定荷質(zhì)比⑴帶電粒子質(zhì)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2U為r,則有：12NmvMqU?mvqvB?O2rq2U?22B可得mBr質(zhì)譜儀的兩種裝置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(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：2B1mvEqE=qvB1qvB2?MNqEr?可得：mB1B1rB2帶電粒子在磁場中的運動回旋加速器世界上最大、能量最高的粒子加速器——歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)世界最大對撞機(jī)啟動模擬宇宙大爆炸中國參與研究在瑞士和法國邊界地區(qū)的地底實驗室內(nèi)，科學(xué)家們正式展開了被外界形容為“末日實驗”的備受爭議的計劃。他們啟動了全球最大型的強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)，把粒子運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)家希望借這次實驗，有助解開宇宙間部分謎團(tuán)。但有人擔(dān)心，這次實驗或會制造小型黑洞吞噬地球，令末日論流言四起。這項實驗在深入地底100米、長達(dá)27公里的環(huán)型隧道內(nèi)進(jìn)行。一、直線加速器1.單極加速器++U-q帶電粒子初速度為0，將其加速到具有30MeV能量，需要多大的電壓？12qu?mv22.多級直線加速器優(yōu)點：各級電壓獨立，低壓分級加速缺點：級數(shù)太多，占用空間太大斯坦福直線加速器中心鳥瞰圖1962年斯坦福直線加速器中心成立后，開始建造2英里長的直線加速器和實驗區(qū)利用磁場讓粒子做圓周運動！二、回旋加速器以正粒子為例V3V1+-+-V1V2-+-+V21.結(jié)構(gòu)2.工作原理以正粒子為例V3V1+-+-V1V2-+-+V2例題回旋加速器D形盒的半徑為r，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，一個質(zhì)量為m，電荷量為q的粒子在加速電壓為U的加速器的中央從速度為零開始加速，根據(jù)回旋加速器的這些數(shù)據(jù)計算：（1）交流電源的周期是？所加交變電壓的頻率。（2）該粒子獲得的最大速度，及最大動能。（3）運動的總時間(不計粒子在間隙中間的運動時間)。D形盒的半徑越大，粒子所能獲得的速度越大警示：對回旋加速器要切記以下三點：①加速電場的周期必須等于回旋周期．③粒子做勻速圓周運動的最大半徑等于D形盒半徑．③在粒子質(zhì)量、電量確定的情況下，粒子所能達(dá)到的最大動能只與加速的半徑R和磁感應(yīng)強(qiáng)度B有關(guān)，與加速電壓U無關(guān)．想一想：有些同學(xué)認(rèn)為“加速電壓U越大，每次加速時粒子獲得的動能越大，最后粒子飛出D形盒時的動能也越大．這種觀點對嗎?說說你的觀點．北京正負(fù)電子對撞機(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(jī)的重大改造工程就是要再添磁力。北京正負(fù)電子對撞機(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日凌晨實現(xiàn)第一次對撞時，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)對撞機(jī)重大改造工程的實施，將讓這一大科學(xué)裝置“升級換代”，繼續(xù)立在國際高能物理的前端。北京正負(fù)電子對撞機(jī)重大改造工程完工后，將成為世界上最先進(jìn)的雙環(huán)對撞機(jī)之一。課堂小結(jié)：一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運動規(guī)律1、v∥B時，勻速直線運動2、v⊥B時，勻速圓周運動二、三、mv洛倫茲力提供向心力qvB?rmv半徑：r?qB周期：2T?2?rv?2?mqB（與R，V無關(guān)）四、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運動規(guī)律的應(yīng)用質(zhì)譜儀課堂練習(xí)：帶電粒子垂直勻強(qiáng)磁場方向運動時，會受到洛倫茲力的作用，做勻速圓周運動．下列表述正確的是(B)A．洛倫茲力對帶電粒子做功