人教版高中物理選修3-1《帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)》

1、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng) 猜想與假設(shè)猜想與假設(shè)F洛洛F洛洛F洛洛F洛洛亥姆霍茲線圈亥姆霍茲線圈電電 子子 槍槍磁場強(qiáng)弱選擇擋磁場強(qiáng)弱選擇擋加速電壓加速電壓選擇擋選擇擋洛倫茲力演示器洛倫茲力演示器實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)：勵(lì)磁線圈：作用是能在兩線圈之間產(chǎn)生平行于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 問題問題 ：判斷下圖中帶電粒子（電量：判斷下圖中帶電粒子（電量q q，重力不計(jì)）所受，重力不計(jì)）所受洛倫茲力的大小和方向：洛倫茲力的大小和方向： - B v + v B 1、勻速直線運(yùn)動(dòng)。、勻速直線運(yùn)動(dòng)。F

2、=qvBF=02、一、一、 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)（重力不計(jì)）帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)（重力不計(jì)）理論探究理論探究猜想：速度的大小速度的大小 ，不變速度的方向速度的方向 ；始終和速度方向垂直始終和速度方向垂直向心力的大小向心力的大小 ，不變向心力的方向向心力的方向 。 向心力只改變向心力只改變 ，向心力不改變向心力不改變 。速度的大小速度的大小速度的方向速度的方向不斷變化不斷變化+一、一、帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑勻強(qiáng)勻強(qiáng)磁場中帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑與哪些因磁場中帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑與哪些因素有關(guān)？素有關(guān)？思路思路: 帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提帶電粒子做勻速圓

3、周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力。供向心力?？梢娍梢妑與速度與速度V、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、粒子的比荷有關(guān)、粒子的比荷有關(guān)rvmqv2BqBmvr 例例1 1：一個(gè)帶電粒子，沿垂直于磁場的方向：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，粒子弧由于帶電粒子使沿途的空氣電離，粒子的能量逐漸減小的能量逐漸減小( (帶電量不變帶電量不變) )從圖中情況從圖中情況可以確定可以確定A A粒子從粒子從a a到到b b，帶正電，帶正電B B粒子從粒子從a

4、a到到b b，帶負(fù)電，帶負(fù)電C C粒子從粒子從b b到到a a，帶正電，帶正電D D粒子從粒子從b b到到a a，帶負(fù)電，帶負(fù)電 C C-e2v.BT=2m/eBT=2m/eB例例 2、勻強(qiáng)磁場中，有兩個(gè)電子分別以速率、勻強(qiáng)磁場中，有兩個(gè)電子分別以速率v和和2v沿垂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)？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)？veBmvr兩個(gè)電子同時(shí)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)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？兩個(gè)電子軌道半徑如何？二、二、帶電

5、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)周期帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)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？時(shí)周期有何特征？BTmvrTqm2qBvr2可知結(jié)合根據(jù)可見同一個(gè)粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周可見同一個(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)運(yùn)動(dòng)的周期與速度無關(guān)回旋加速器就是根據(jù)這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)的回旋加速器就是根據(jù)這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)的 例例1 1一個(gè)帶負(fù)電粒子（質(zhì)量為一個(gè)帶負(fù)電粒子（質(zhì)量為m m，帶電量為，帶電量為q q），以速率），以速率v v在磁感在磁感應(yīng)強(qiáng)度為應(yīng)強(qiáng)度為B B的勻強(qiáng)磁場中做逆時(shí)針圓周運(yùn)動(dòng)（沿著紙面），則該勻的勻強(qiáng)磁場中

6、做逆時(shí)針圓周運(yùn)動(dòng)（沿著紙面），則該勻強(qiáng)磁場的方向?yàn)榇怪庇诩埫嫦蚶镞€是向外？粒子運(yùn)轉(zhuǎn)所形成的環(huán)強(qiáng)磁場的方向?yàn)榇怪庇诩埫嫦蚶镞€是向外？粒子運(yùn)轉(zhuǎn)所形成的環(huán)形電流的大小為多大？形電流的大小為多大？-m，qvF=qvB.B勻強(qiáng)磁場的方向?yàn)榇怪庇诩埫嫦蛲釯=q/tI=q/TT=2T=2（mv/qBmv/qB）/v /v vrT2rmvqvB2qBmvr 2 mTqBI=q/T=qI=q/T=q2 2B/2mB/2m1. 一束帶電粒子以同一速度，并從同一位置進(jìn)入勻強(qiáng)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磁場，在磁場中它們的軌跡如圖所示.粒子粒子q1的軌跡半的軌跡半徑為徑

7、為r1，粒子，粒子q2的軌跡半徑為的軌跡半徑為r2，且，且r22r1，q1、q2分分別是它們的帶電量別是它們的帶電量.則則 q1 帶帶_電、電、q2帶帶_電，荷質(zhì)電，荷質(zhì)比之比為比之比為 q1/m1 : q2/m2 _.r1r2v2:1正正負(fù)負(fù)解解: r=mv/qBq/m=v/Br1/rq 1/m1 : q2 /m2 = r2/r1 = 2:1返回返回2. 如圖所示，水平導(dǎo)線中有穩(wěn)恒電流通過，導(dǎo)線正如圖所示，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，其后電子將下方電子初速度方向與電流方向相同，其后電子將 ( ) (A)沿沿a運(yùn)動(dòng)，軌跡為圓；運(yùn)動(dòng)，軌跡為圓；(B)沿沿a運(yùn)

8、動(dòng)，曲率半徑越來越?。贿\(yùn)動(dòng)，曲率半徑越來越??；(C)沿沿a運(yùn)動(dòng)，曲率半徑越來越大；運(yùn)動(dòng)，曲率半徑越來越大；(D)沿沿b運(yùn)動(dòng)，曲率半徑越來越小運(yùn)動(dòng)，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(jìn)入勻強(qiáng)磁場質(zhì)子和氘核經(jīng)同一電壓加速，垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場中，則質(zhì)子和氘核的動(dòng)能中，則質(zhì)子和氘核的動(dòng)能E1、E2，軌道半徑，軌道半徑r1、r2的關(guān)系是的關(guān)系是 ( )(A)E1E2，r1r2； (B)E1E2，r1r2；(C)E1E2，r1r2； (D)E1E2，r1r2. B返回返回帶電粒子在帶電粒子在無界無界勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)F洛洛=0勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)F洛洛=Bq

9、v勻速圓周運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)F洛洛=Bqv等距螺旋（等距螺旋（090）V/BVBv與與B成成角角mVRqB2 mTqB在在只只有有洛洛侖侖茲茲力力的的作作用用下下三、帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)問題的解題思路三、帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)問題的解題思路找 圓 心找 圓 心畫軌跡畫軌跡1 、 已 知 兩 點(diǎn) 速 度 方 向、 已 知 兩 點(diǎn) 速 度 方 向2、已知一點(diǎn)速度方向和另一點(diǎn)位置、已知一點(diǎn)速度方向和另一點(diǎn)位置兩洛倫茲力方向的延長線交點(diǎn)為圓心兩洛倫茲力方向的延長線交點(diǎn)為圓心弦的垂直平分線與一直徑的交點(diǎn)為圓心弦的垂直平分線與一直徑的交點(diǎn)為圓心v1Ov2ABv1ABO301.1.圓心在哪里圓心在哪里? ?2.

10、2.軌跡半徑是多少軌跡半徑是多少? ?OBdv 例例3 3：r=d/sin 3030o o =2d=2d r=mv/qBt=（ 3030o o /360360o o）T=T= T/12T=2 m/qBT=2 r/v小結(jié)：小結(jié)：rt/T= 3030o o /360360o oA=30vqvB=mvqvB=mv2 2/r/rt=T/12= m/6qB3、偏轉(zhuǎn)角、偏轉(zhuǎn)角=圓心角圓心角1、兩洛倫、兩洛倫力的交點(diǎn)即圓心力的交點(diǎn)即圓心2、偏轉(zhuǎn)角：初末速度的夾角。、偏轉(zhuǎn)角：初末速度的夾角。4.4.穿透磁場的時(shí)間如何求？穿透磁場的時(shí)間如何求？3 3、圓心角、圓心角 =? =? t=T/12= d/3vt=T/

11、12= d/3vm=qBr/v=2qdB/vm=qBr/v=2qdB/vffvOPBSOC畫軌跡畫軌跡 連接連接OP，作垂直平分線交，作垂直平分線交OS于于O半圓半圓R=mv/qBOS=2R= 2 mv/qB OOP=2 T=2 m/qBt= 2 T/2=2m/qB =q B t / 2 m或或 OOP= 2 =SOP/R 解解:（1）找圓心）找圓心O 定半徑定半徑R2 例例4 4一個(gè)負(fù)離子，質(zhì)量為一個(gè)負(fù)離子，質(zhì)量為m m，電量大小為，電量大小為q q，以速率，以速率v v垂直于屏垂直于屏S S經(jīng)過小孔經(jīng)過小孔O O射入存射入存在著勻強(qiáng)磁場的真空室中，如圖所示。磁感應(yīng)強(qiáng)度在著勻強(qiáng)磁場的真空室中

12、，如圖所示。磁感應(yīng)強(qiáng)度B B的方向與離子的運(yùn)動(dòng)方向垂的方向與離子的運(yùn)動(dòng)方向垂直，并垂直于圖中紙面向里。直，并垂直于圖中紙面向里。（1 1）求離子進(jìn)入磁場后到達(dá)屏）求離子進(jìn)入磁場后到達(dá)屏S S上時(shí)的位置與上時(shí)的位置與O O點(diǎn)的距離。點(diǎn)的距離。（2 2）如果離子進(jìn)入磁場后經(jīng)過時(shí)間）如果離子進(jìn)入磁場后經(jīng)過時(shí)間t t到達(dá)位置到達(dá)位置P P，證明：直線，證明：直線OPOP與離子入射方向與離子入射方向之間的夾角之間的夾角跟跟t t的關(guān)系是的關(guān)系是=qBt/2mqvB=mv2/Rt/T= 2 /22 =SOP/R=vt/R= q B t / m =q B t / 2 m(2)(2)如何求如何求t tOPOP

13、？t/T= /2(3)(3)、離子進(jìn)入磁場后經(jīng)過時(shí)間、離子進(jìn)入磁場后經(jīng)過時(shí)間t t到達(dá)位置到達(dá)位置P P速度方向偏轉(zhuǎn)了多少角速度方向偏轉(zhuǎn)了多少角? ?偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)角=圓心角圓心角=2f1.如圖，虛線上方存在無窮大的磁場區(qū)域，一帶正電的粒如圖，虛線上方存在無窮大的磁場區(qū)域，一帶正電的粒子質(zhì)量子質(zhì)量m m、電量、電量q q、若它以速度、若它以速度v v沿與虛線成沿與虛線成30300 0、60600 0、90900 0、1201200 0、1501500 0、1801800 0角分別射入，請(qǐng)你作出上述幾種情況下角分別射入，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。粒子的軌跡、并求其在

14、磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。有界磁場問題：入射角入射角300時(shí)時(shí)qBmqBmt3261入射角入射角1500時(shí)時(shí)qBmqBmt35265例例:如圖所示，在第一象限有磁感應(yīng)強(qiáng)度為如圖所示，在第一象限有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的的勻強(qiáng)磁場，一個(gè)質(zhì)量為勻強(qiáng)磁場，一個(gè)質(zhì)量為m，帶電量為，帶電量為+q的粒子的粒子以速度以速度v從從O點(diǎn)射入磁場，點(diǎn)射入磁場，角已知，求粒子在磁角已知，求粒子在磁場中飛行的時(shí)間和飛離磁場的位置（粒子重力場中飛行的時(shí)間和飛離磁場的位置（粒子重力不計(jì)）不計(jì)）粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱規(guī)律：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)，從同一直線邊界射入的粒子，從同一邊

15、界射出時(shí)，速度與邊界的夾角相等。速度與邊界的夾角相等。例例5 5、如圖所示，在半徑為、如圖所示，在半徑為r r的圓形區(qū)域內(nèi)，有一個(gè)勻強(qiáng)的圓形區(qū)域內(nèi)，有一個(gè)勻強(qiáng)磁場，一帶電粒子以速度磁場，一帶電粒子以速度v v0 0從從M M點(diǎn)沿半徑方向射入磁場區(qū)，點(diǎn)沿半徑方向射入磁場區(qū)，并由并由N N點(diǎn)射出，點(diǎn)射出，O O點(diǎn)為圓心，點(diǎn)為圓心，AOB=120AOB=120，求粒子在磁場，求粒子在磁場區(qū)的偏轉(zhuǎn)半徑區(qū)的偏轉(zhuǎn)半徑R R及在磁場區(qū)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。（粒子重力不及在磁場區(qū)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。（粒子重力不計(jì)）計(jì)）rR6030r/R=tan30R=rtan60ot=（ 6060o o /360360o o）T=T= T

16、/6T=2 R/v030rR30336vrTtr/R=sin30 R/r=tan60臨界問題臨界問題例：長為例：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)度為示，磁感強(qiáng)度為B，板間距離也為，板間距離也為L，板不帶電，現(xiàn)有質(zhì)量為，板不帶電，現(xiàn)有質(zhì)量為m，電量為電量為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，可采用水平射入磁場，欲使粒子不打在極板上，可采用的辦法是：的辦法是： （ ）A使粒子的速度使粒子的速度v5Bq

17、L/4mC使粒子的速度使粒子的速度vBqL/mD使粒子速度使粒子速度BqL/4mv dr d/2mv0/qB d/2B 2mv0q/dr r1 1r q mv0/13dmq2vqUmv21S S221U 可得：可得：間，電場力做功獲得能間，電場力做功獲得能在在qmU2B1rvqmvrrvmqv,v2 可可得得：代代入入洛洛侖侖茲茲力力提提供供向向心心力力垂垂直直進(jìn)進(jìn)入入磁磁場場以以速速度度BB 可見半徑不同可見半徑不同意味著比荷不同，意味著比荷不同，意味著它們是不同意味著它們是不同的粒子的粒子這就是質(zhì)譜儀的工作原理這就是質(zhì)譜儀的工作原理一、質(zhì)譜儀一、質(zhì)譜儀原理分析原理分析1 1、質(zhì)譜儀、質(zhì)譜儀

18、: :是測量帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具是測量帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具2、工作原理、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)同一電場加速電場加速再垂直進(jìn)入同一再垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場勻強(qiáng)磁場，由于粒子質(zhì)量不同，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的種類質(zhì)譜儀的兩種裝置質(zhì)譜儀的兩種裝置帶電粒子質(zhì)量帶電粒子質(zhì)量m,電荷量電荷量q,由電壓由電壓U加速后垂直進(jìn)加速后垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場的勻強(qiáng)磁場,設(shè)軌道半徑設(shè)軌道半徑為為r,則有：則有：

19、NUOMB221mvqU rmvqvB2 可得可得222rBUmq 帶電粒子質(zhì)量帶電粒子質(zhì)量m,電荷量電荷量q,以速度以速度v穿過速度選擇穿過速度選擇器器(電場強(qiáng)度電場強(qiáng)度E，磁感應(yīng)強(qiáng)度，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1),垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為度為B2的勻強(qiáng)磁場的勻強(qiáng)磁場.設(shè)軌道半徑為設(shè)軌道半徑為r,則有：則有：MB2EB1NqE=qvB1rmvqvB22 可得：可得：rBBEmq21均可測定荷質(zhì)比均可測定荷質(zhì)比1.1.加速器的種類有哪些加速器的種類有哪些? ?2.2.各自是如何實(shí)現(xiàn)對(duì)帶電粒子加速的各自是如何實(shí)現(xiàn)對(duì)帶電粒子加速的? ?3.3.各有什么優(yōu)缺點(diǎn)各有什么優(yōu)缺點(diǎn)? ?閱讀課本P101 思

20、考下列問題思考下列問題1 1加速原理：加速原理： 利用加速電場對(duì)帶電粒子做正功使利用加速電場對(duì)帶電粒子做正功使 帶電粒子的動(dòng)能增加。帶電粒子的動(dòng)能增加。二二. .加速器加速器qUmv212 +U+2 2直線加速器（多級(jí)加速）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：如圖所示是多級(jí)加速裝置的原理圖：二二. .加速器加速器直線加速器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，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驗(yàn)榻蛔冸妷旱淖兓芷谙嗤嗉?jí)直線加速器有什么缺點(diǎn)？多級(jí)直線加速器有什么缺點(diǎn)？直線加速器直線加速器 利用加速電場對(duì)帶電粒子做正利用加速電場對(duì)帶電粒子

21、做正功功,使帶電的粒子動(dòng)能增加，使帶電的粒子動(dòng)能增加，即即 qU =Ek直線加速器的多級(jí)加速：直線加速器的多級(jí)加速： 教材圖教材圖3.6-5所示的是多級(jí)所示的是多級(jí)加速裝置的原理圖，由動(dòng)能定理可知，帶電粒加速裝置的原理圖，由動(dòng)能定理可知，帶電粒子經(jīng)子經(jīng)n級(jí)的電場加速后增加的動(dòng)能，級(jí)的電場加速后增加的動(dòng)能， Ek=q（U1+U2+U3+U4+Un）直線加速器占有的空間范圍大，在有限的空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。間內(nèi)制造直線加速器受到一定的限制。P1圖圖3.6-5多級(jí)加速器多級(jí)加速器P2P3P4P5P6一級(jí)一級(jí)二級(jí)二級(jí)三級(jí)三級(jí)n級(jí)級(jí)加速原理：加速原理：

22、1932年年,美國物理學(xué)家勞侖斯發(fā)明了美國物理學(xué)家勞侖斯發(fā)明了從而使人類在獲得具有較高能量的粒子方面邁進(jìn)了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)一大步為此，勞侖斯榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)回旋加速器回旋加速器1 1、作用：產(chǎn)生高速運(yùn)動(dòng)的粒子、作用：產(chǎn)生高速運(yùn)動(dòng)的粒子2 2、原理、原理 用磁場控制軌道、用電場進(jìn)行加速用磁場控制軌道、用電場進(jìn)行加速+- +-不變無關(guān)、與TrvqBmT22DqBmv mqBDv2 2DqBmv 221mvEK mDBqEK8222 D越大，越大，EK越大，是不是只要越大，是不是只要D不斷增大，不斷增大， EK 就可以無限制增大呢

23、就可以無限制增大呢?mDBqEK82222.交變電場的周期和粒子的運(yùn)動(dòng)周期交變電場的周期和粒子的運(yùn)動(dòng)周期 T相同相同-保證粒子每次經(jīng)過交變保證粒子每次經(jīng)過交變 電場時(shí)都被加速電場時(shí)都被加速1. 粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)周期不變粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)周期不變 qBmT23.帶電粒子每經(jīng)電場加速一次帶電粒子每經(jīng)電場加速一次,回旋半徑回旋半徑 就增大一次就增大一次,每次增加的動(dòng)能為每次增加的動(dòng)能為qUEK4.粒子加速的最大速度由盒的半徑?jīng)Q定粒子加速的最大速度由盒的半徑?jīng)Q定周期與速度和軌道半徑無關(guān)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做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期公式 ,qBmT2 帶電

24、粒子的周期在帶電粒子的周期在q、m、B不變的情況下與速度不變的情況下與速度和軌道半徑無關(guān)。和軌道半徑無關(guān)。 因而圓運(yùn)動(dòng)周長因而圓運(yùn)動(dòng)周長 qBmvr22 也將與也將與v成正比例地增大，成正比例地增大， 如果其他因素如果其他因素(q、m、B)不變不變, 則當(dāng)速率則當(dāng)速率v加大時(shí)加大時(shí),qBmvr 得知圓運(yùn)動(dòng)半徑將與得知圓運(yùn)動(dòng)半徑將與v成正比例地增大成正比例地增大,由由因此運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間（周期）仍將保持原值。因此運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間（周期）仍將保持原值。 最終能量最終能量粒子運(yùn)動(dòng)半徑最大為粒子運(yùn)動(dòng)半徑最大為D形盒的半徑形盒的半徑R帶電粒子經(jīng)加速后的最終能量：帶電粒子經(jīng)加速后的最終能量：由由qBmvR 有

25、有 ,mqBRv 所以最終能量為所以最終能量為 mqRBmvEk2212222 討論：要提高帶電粒子的最終能量，應(yīng)采取什討論：要提高帶電粒子的最終能量，應(yīng)采取什么措施？么措施？ 回旋加速器加速的帶電粒子回旋加速器加速的帶電粒子, 能量達(dá)到能量達(dá)到25 MeV 30 MeV后，就很難再加速了。后，就很難再加速了。 在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng),周期不變周期不變 每一個(gè)周期加速兩次每一個(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)周期相電場的周期與粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)周期相同同 電場一個(gè)周期中方向變化兩次電場一個(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定粒子加速的最大速度由

26、盒的半徑?jīng)Q定 電場加速過程中電場加速過程中,時(shí)間極短時(shí)間極短,可忽略可忽略結(jié)論結(jié)論.關(guān)于回旋加速器的工作原理，下列說法正確的是：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、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、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、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、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)度動(dòng)能由磁感應(yīng)強(qiáng)度B決定和加速電壓決定決定

27、和加速電壓決定(A)06年廣東東莞中學(xué)高考模擬試題年廣東東莞中學(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)是分別與高頻交流電兩極相連接的兩個(gè)D形金屬盒，形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的勻強(qiáng)電場，使粒兩盒間的狹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)都能得到加速兩子在通過狹縫時(shí)都能得到加速兩D形金屬盒處于垂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)度為磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，D形金屬盒的半徑為形金屬盒的半徑為R，狹縫間的距

28、，狹縫間的距離為離為d，勻強(qiáng)電場間的加速電壓為，勻強(qiáng)電場間的加速電壓為U，要增大帶電粒子，要增大帶電粒子（電荷量為（電荷量為q質(zhì)量為質(zhì)量為m，不計(jì)重力）射出時(shí)的動(dòng)能，則，不計(jì)重力）射出時(shí)的動(dòng)能，則下列方法中正確的是：下列方法中正確的是： ( )A增大勻強(qiáng)電場間的加速電壓增大勻強(qiáng)電場間的加速電壓 B減小狹縫間的距離減小狹縫間的距離C增大磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度增大磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度 D增大增大D形金屬盒的半徑形金屬盒的半徑dRBU解：解：qBmvR mqBRv m)qBR(mvEk22122 C D北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)：撞出物質(zhì)奧秘北京正負(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)用水大科學(xué)裝置的存在和

29、應(yīng)用水平，是一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的平，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，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)科能夠集聚智慧，構(gòu)成一個(gè)多學(xué)科陣地。作為典型的大科學(xué)裝置，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。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，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。為示范之作。1988年年10月月16日凌晨實(shí)現(xiàn)第一次對(duì)撞時(shí)，曾被日凌晨實(shí)現(xiàn)第一次對(duì)撞時(shí)，曾被形容為形容為“我國繼原子彈、氫彈爆炸成功、人造衛(wèi)星上天之后，我國繼原

30、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。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)裝置造工程的實(shí)施，將讓這一大科學(xué)裝置“升級(jí)換代升級(jí)換代”，繼續(xù)立在，繼續(xù)立在國際高能物理的前端。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，北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)重大改造工程完工后，將成為世界上將成為世界上最先進(jìn)的雙環(huán)對(duì)撞機(jī)之一最先進(jìn)的雙環(huán)對(duì)撞機(jī)之一。 世界上最大、能量最高的粒子加速器世界上最大、能量最高的粒子加速器歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) 世界最大對(duì)撞機(jī)啟動(dòng)模擬宇宙大爆炸世界最大對(duì)撞機(jī)啟動(dòng)模擬宇宙大

31、爆炸 中國參與研究中國參與研究 這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)在深入地底這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)在深入地底100米、長達(dá)米、長達(dá)27公里的環(huán)型隧道內(nèi)進(jìn)行。公里的環(huán)型隧道內(nèi)進(jìn)行?？茖W(xué)家預(yù)計(jì)，科學(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，就好比萬倍，就好比137億年前宇億年前宇宙發(fā)生大爆炸時(shí)那一剎那的情況。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在瑞士和法國邊界地區(qū)的地底實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，科學(xué)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家們正式展開了被外界形容為容為“末日實(shí)驗(yàn)?zāi)┤諏?shí)驗(yàn)”的備受的備受爭議的計(jì)劃。他們啟動(dòng)了爭議的計(jì)劃。他們啟動(dòng)了全球最大型的強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)全球最大

32、型的強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)，把次原子的粒子把次原子的粒子運(yùn)行速度加快至接近光速運(yùn)行速度加快至接近光速，并將互相撞擊，模擬宇宙并將互相撞擊，模擬宇宙初開初開“大爆炸大爆炸”后的情況。后的情況?？茖W(xué)家希望借這次實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家希望借這次實(shí)驗(yàn)，有助解開宇宙間部分謎團(tuán)。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，會(huì)制造小型黑洞吞噬地球，令末日論流言四起。令末日論流言四起。四、霍爾效應(yīng)四、霍爾效應(yīng) 1879 1879年霍耳發(fā)現(xiàn)，把一載流導(dǎo)體放在磁場中，如果磁場年霍耳發(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。出現(xiàn)橫向電勢差，這一現(xiàn)象稱之為霍耳現(xiàn)象。四、霍爾效應(yīng)四、霍爾效應(yīng)quBf 如圖，導(dǎo)電板高度為如圖，導(dǎo)