帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)ppt課件

1、實(shí)驗(yàn)室常有這樣的儀器實(shí)驗(yàn)室常有這樣的儀器他知道這是什么嗎？他知道這是什么嗎？帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌跡是一個(gè)圓帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌跡是一個(gè)圓第三章第三章 磁場磁場1. 1. 知識(shí)與才干知識(shí)與才干知道洛倫茲力演示儀的原理。知道洛倫茲力演示儀的原理。知道帶電粒子沿著與磁場垂直的方向射入知道帶電粒子沿著與磁場垂直的方向射入勻強(qiáng)磁場會(huì)在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)。勻強(qiáng)磁場會(huì)在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)。知道圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小知道圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和入射速度的大小有關(guān)。和入射速度的大小有關(guān)。學(xué)會(huì)推導(dǎo)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式和周期學(xué)會(huì)推導(dǎo)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式和周期公式。公式。2. 2. 過程與

2、方法過程與方法3.3.情感態(tài)度與價(jià)值觀情感態(tài)度與價(jià)值觀可以用學(xué)過的知識(shí)分析、計(jì)算有關(guān)帶電粒子可以用學(xué)過的知識(shí)分析、計(jì)算有關(guān)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中受力、運(yùn)動(dòng)的問題。在勻強(qiáng)磁場中受力、運(yùn)動(dòng)的問題。知道運(yùn)用洛倫茲力演示儀、盤旋加速器、多知道運(yùn)用洛倫茲力演示儀、盤旋加速器、多媒體教學(xué)設(shè)備了解本節(jié)知識(shí)。媒體教學(xué)設(shè)備了解本節(jié)知識(shí)。學(xué)會(huì)實(shí)際與實(shí)際相結(jié)合，更好的運(yùn)用科學(xué)文學(xué)會(huì)實(shí)際與實(shí)際相結(jié)合，更好的運(yùn)用科學(xué)文化知識(shí)。化知識(shí)。教學(xué)重點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)：教學(xué)難點(diǎn)：教學(xué)難點(diǎn)：圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡圓周運(yùn)動(dòng)的周期圓周運(yùn)動(dòng)的周期圓周運(yùn)動(dòng)的半徑圓周運(yùn)動(dòng)的半徑質(zhì)譜儀的原理質(zhì)譜儀的原理盤旋加速器的原理盤旋加速器的原理一、帶電粒

3、子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)二、盤旋加速器二、盤旋加速器一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)首先我們先來引見一下本節(jié)要用到的儀器：首先我們先來引見一下本節(jié)要用到的儀器： 圖中的是洛倫茲圖中的是洛倫茲力演示儀。經(jīng)過它我力演示儀。經(jīng)過它我們可以來觀測到電子們可以來觀測到電子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌跡。在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌跡。下面我們來了解一下下面我們來了解一下它的構(gòu)造。它的構(gòu)造。 電子束由電子槍產(chǎn)電子束由電子槍產(chǎn)生，玻璃泡內(nèi)充有稀薄的生，玻璃泡內(nèi)充有稀薄的氣體，在電子束經(jīng)過時(shí)可氣體，在電子束經(jīng)過時(shí)可以顯示電子的軌跡。勵(lì)磁以顯示電子的軌跡。勵(lì)磁線圈的作用是在兩線圈之

4、線圈的作用是在兩線圈之間產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場，磁場的間產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場，磁場的方向與兩線圈中心的連線方向與兩線圈中心的連線平行。電子的速度大小和平行。電子的速度大小和磁感應(yīng)強(qiáng)度可以分別經(jīng)過磁感應(yīng)強(qiáng)度可以分別經(jīng)過電子槍的加速電壓和勵(lì)磁電子槍的加速電壓和勵(lì)磁線圈的電流來調(diào)理。線圈的電流來調(diào)理。勵(lì)磁線圈勵(lì)磁線圈玻璃泡玻璃泡電子槍電子槍察看察看電子在磁場中的偏轉(zhuǎn)電子在磁場中的偏轉(zhuǎn) 1.不加磁場時(shí)察看電子束的徑跡。不加磁場時(shí)察看電子束的徑跡。 2.給勵(lì)磁線圈通電，在玻璃泡中產(chǎn)生沿兩線圈給勵(lì)磁線圈通電，在玻璃泡中產(chǎn)生沿兩線圈中心連線方向。由紙內(nèi)指向讀者的磁場察看電子束中心連線方向。由紙內(nèi)指向讀者的磁場察看電子束的徑跡

5、。的徑跡。 3.堅(jiān)持出設(shè)電子的速度不變，改動(dòng)磁感應(yīng)強(qiáng)度，堅(jiān)持出設(shè)電子的速度不變，改動(dòng)磁感應(yīng)強(qiáng)度，察看電子束徑跡的變化。察看電子束徑跡的變化。 4.堅(jiān)持磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，改動(dòng)出射電子的速度，堅(jiān)持磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，改動(dòng)出射電子的速度，察看電子束徑跡的變化。察看電子束徑跡的變化。 根據(jù)電子演示儀，我們可以將本人的猜測根據(jù)電子演示儀，我們可以將本人的猜測與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)照。與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)照。 不加磁場時(shí)，電子束的軌跡是一條直線，但不加磁場時(shí)，電子束的軌跡是一條直線，但是加上磁場時(shí)，電子束變成一個(gè)圓。堅(jiān)持出射電子是加上磁場時(shí)，電子束變成一個(gè)圓。堅(jiān)持出射電子的速度不變，改動(dòng)磁感應(yīng)強(qiáng)度或者堅(jiān)持磁感應(yīng)強(qiáng)度的速度不變

6、，改動(dòng)磁感應(yīng)強(qiáng)度或者堅(jiān)持磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，改動(dòng)電子的出射速度圓的大小都會(huì)改動(dòng)。不變，改動(dòng)電子的出射速度圓的大小都會(huì)改動(dòng)。 由此可見，電子的軌跡與磁感應(yīng)強(qiáng)度和電子由此可見，電子的軌跡與磁感應(yīng)強(qiáng)度和電子的出射速度有關(guān)。的出射速度有關(guān)。 洛倫茲力演示儀是一種特制的電子射線管，由洛倫茲力演示儀是一種特制的電子射線管，由電子槍發(fā)出的電子射線可以使管內(nèi)的低壓水銀蒸汽電子槍發(fā)出的電子射線可以使管內(nèi)的低壓水銀蒸汽或氫氣發(fā)出輝光，顯示電子的軌跡，在暗室中或氫氣發(fā)出輝光，顯示電子的軌跡，在暗室中可以清楚地看到，在沒有磁場作用時(shí)，電子的軌跡可以清楚地看到，在沒有磁場作用時(shí)，電子的軌跡是直線；在管外加上勻強(qiáng)磁場這個(gè)磁場

7、是由兩個(gè)是直線；在管外加上勻強(qiáng)磁場這個(gè)磁場是由兩個(gè)平行的通電環(huán)形線圈產(chǎn)生的，電子的軌跡就彎曲平行的通電環(huán)形線圈產(chǎn)生的，電子的軌跡就彎曲成圓形。成圓形。 粒子的軌跡為什么是圓形的呢粒子的軌跡為什么是圓形的呢? ?平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。洛倫茲力總是跟粒子的運(yùn)動(dòng)方向垂直，平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。洛倫茲力總是跟粒子的運(yùn)動(dòng)方向垂直，不對(duì)粒子做功，它只能改動(dòng)粒子的運(yùn)動(dòng)方向，而不改不對(duì)粒子做功，它只能改動(dòng)粒子的運(yùn)動(dòng)方向，而不改動(dòng)粒子的速率，所以粒子運(yùn)動(dòng)的速率動(dòng)粒子的速率，所以粒子運(yùn)動(dòng)的速率v是恒定的。這是恒定的。這時(shí)洛倫茲力時(shí)洛倫茲力F=qvB的大小不變，即帶電粒子遭到一個(gè)的大小不變，即帶電粒子遭到一個(gè)大小不變、方向總與粒子方向

8、垂直的力，因此帶電粒大小不變、方向總與粒子方向垂直的力，因此帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其向心力就是洛倫茲力。子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其向心力就是洛倫茲力。 垂直射入勻強(qiáng)磁場的垂直射入勻強(qiáng)磁場的帶電粒子，它的初速度和所帶電粒子，它的初速度和所受的洛倫茲力的方向都在跟受的洛倫茲力的方向都在跟磁場方向垂直的平面內(nèi)，沒磁場方向垂直的平面內(nèi)，沒有任何作用使粒子分開這個(gè)有任何作用使粒子分開這個(gè)平面，所以粒子只能在這個(gè)平面，所以粒子只能在這個(gè)下面我們來探求圓周運(yùn)動(dòng)的半徑大小和周期下面我們來探求圓周運(yùn)動(dòng)的半徑大小和周期: :問題：問題： 一帶電量為一帶電量為q q，質(zhì)量為，質(zhì)量為m m，速度為，速度為v v的帶電粒的

9、帶電粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B B的勻強(qiáng)磁場中，其半的勻強(qiáng)磁場中，其半徑徑r r和周期和周期T T為多大？為多大？qBmvr qBmT 2半徑的推導(dǎo)半徑的推導(dǎo)電子在磁場中所受的洛倫茲力的大小為：電子在磁場中所受的洛倫茲力的大小為：qvBF 洛倫茲力提供電子在磁場中的向心力洛倫茲力提供電子在磁場中的向心力:rvmF2兩式聯(lián)立可以推導(dǎo)出圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為兩式聯(lián)立可以推導(dǎo)出圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為:qBmvr 電子在磁場中所受的洛倫茲力的大小為：電子在磁場中所受的洛倫茲力的大小為：qvBF 洛倫茲力提供電子在磁場中的向心力洛倫茲力提供電子在磁場中的向心力:224TmF 兩式聯(lián)立可以推導(dǎo)出

10、圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為兩式聯(lián)立可以推導(dǎo)出圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為:qBmT 2周期的推導(dǎo)周期的推導(dǎo) 軌道半徑和粒子的質(zhì)量和速度成正比，與磁感軌道半徑和粒子的質(zhì)量和速度成正比，與磁感應(yīng)強(qiáng)度和粒子的電荷量成反比。應(yīng)強(qiáng)度和粒子的電荷量成反比。qBmvr 帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期和帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期和運(yùn)動(dòng)速率無關(guān)，只與質(zhì)量和電荷量、磁感應(yīng)強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)速率無關(guān)，只與質(zhì)量和電荷量、磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)。有關(guān)。qBmT 21、半徑公式：、半徑公式：2、周期公式：、周期公式： 到如今為止，我們曾經(jīng)知道，電場可以對(duì)帶電到如今為止，我們曾經(jīng)知道，電場可以對(duì)帶電粒子施加影響，磁場也可以對(duì)帶電粒子施加影響，粒子

11、施加影響，磁場也可以對(duì)帶電粒子施加影響，當(dāng)然，電場和磁場共同存在時(shí)對(duì)帶電粒子也會(huì)施加當(dāng)然，電場和磁場共同存在時(shí)對(duì)帶電粒子也會(huì)施加影響。這一知識(shí)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中有著廣泛的運(yùn)用。影響。這一知識(shí)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中有著廣泛的運(yùn)用。例如電視機(jī)中的顯像管、電子顯微鏡和我們下面將例如電視機(jī)中的顯像管、電子顯微鏡和我們下面將要引見的質(zhì)譜儀、盤旋加速器等。要引見的質(zhì)譜儀、盤旋加速器等。 質(zhì)譜儀最初是由湯姆生的學(xué)生阿斯頓設(shè)計(jì)的，質(zhì)譜儀最初是由湯姆生的學(xué)生阿斯頓設(shè)計(jì)的，他用質(zhì)譜儀發(fā)現(xiàn)了氖他用質(zhì)譜儀發(fā)現(xiàn)了氖2020和氖和氖2222，證明了同位素的存，證明了同位素的存在。如今的質(zhì)譜儀曾經(jīng)是一種非常精細(xì)的儀器，是在。如今的

12、質(zhì)譜儀曾經(jīng)是一種非常精細(xì)的儀器，是丈量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具。丈量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具。 在左圖中，假設(shè)電在左圖中，假設(shè)電容器容器A A中含有電荷量一中含有電荷量一樣而質(zhì)量有微小差別的樣而質(zhì)量有微小差別的粒子，它們進(jìn)入磁場后粒子，它們進(jìn)入磁場后將沿著不同的半徑做圓將沿著不同的半徑做圓周運(yùn)動(dòng)，打到照片底片周運(yùn)動(dòng)，打到照片底片的不同位置，在底片上的不同位置，在底片上構(gòu)成假設(shè)干譜線狀的細(xì)構(gòu)成假設(shè)干譜線狀的細(xì)條，叫做質(zhì)譜線。條，叫做質(zhì)譜線。 每一條譜線對(duì)應(yīng)于一每一條譜線對(duì)應(yīng)于一定的質(zhì)量。從譜線的位置定的質(zhì)量。從譜線的位置可以知道圓周的半徑可以知道圓周的半徑r，假，假設(shè)再知

13、帶電粒子的電荷量設(shè)再知帶電粒子的電荷量q，就可以算出它的質(zhì)量。這就可以算出它的質(zhì)量。這種儀器叫做質(zhì)譜儀。圖中種儀器叫做質(zhì)譜儀。圖中就是質(zhì)譜儀的原理表示圖。就是質(zhì)譜儀的原理表示圖。利用質(zhì)譜儀對(duì)某種元素進(jìn)利用質(zhì)譜儀對(duì)某種元素進(jìn)展丈量，可以準(zhǔn)確地測出展丈量，可以準(zhǔn)確地測出各種同位素的原子量。各種同位素的原子量。課堂導(dǎo)入的圖片就是實(shí)課堂導(dǎo)入的圖片就是實(shí)驗(yàn)室中場用的質(zhì)譜儀。驗(yàn)室中場用的質(zhì)譜儀。二、盤旋加速器二、盤旋加速器 在現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)中人們常用高能帶電粒子去在現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)中人們常用高能帶電粒子去轟擊各種原子核，而產(chǎn)生高能粒子所用的設(shè)備就轟擊各種原子核，而產(chǎn)生高能粒子所用的設(shè)備就是是盤旋加速器。盤旋加速

14、器。加速原理加速原理電場電場 利用電場可以使帶電粒子加速。但是利用高利用電場可以使帶電粒子加速。但是利用高壓電源的電勢差來加速帶電粒子會(huì)遭到實(shí)踐所能壓電源的電勢差來加速帶電粒子會(huì)遭到實(shí)踐所能到達(dá)的電勢差的限制，因此，粒子所獲得的能量到達(dá)的電勢差的限制，因此，粒子所獲得的能量并不太高。并不太高。.+一級(jí)一級(jí)二級(jí)二級(jí)三級(jí)三級(jí)四級(jí)四級(jí) 為了提高粒子的能量，可以想象讓粒子經(jīng)過為了提高粒子的能量，可以想象讓粒子經(jīng)過多次電場來加速，但是這樣就會(huì)需求一個(gè)很長的實(shí)多次電場來加速，但是這樣就會(huì)需求一個(gè)很長的實(shí)驗(yàn)安裝，我們希望能在狹小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)帶電粒子驗(yàn)安裝，我們希望能在狹小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)帶電粒子的加速，實(shí)驗(yàn)安裝

15、應(yīng)該怎樣來設(shè)計(jì)呢？的加速，實(shí)驗(yàn)安裝應(yīng)該怎樣來設(shè)計(jì)呢？ 帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，可以不可帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，可以不可以讓粒子加速后循環(huán)一次，再進(jìn)入加速電場，這樣以讓粒子加速后循環(huán)一次，再進(jìn)入加速電場，這樣多次反復(fù)，就會(huì)獲得很高的能量了。多次反復(fù)，就會(huì)獲得很高的能量了。 但是，當(dāng)粒子但是，當(dāng)粒子經(jīng)過勻強(qiáng)磁場后，經(jīng)過勻強(qiáng)磁場后，電場方向就必需發(fā)電場方向就必需發(fā)生改動(dòng)，這樣電子生改動(dòng)，這樣電子再次進(jìn)入電場中才再次進(jìn)入電場中才干被加速。干被加速。循環(huán)原理循環(huán)原理磁場磁場 帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的周期公式：帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的周期公式：qBmT 2 帶電粒子經(jīng)過電場的加速后

16、，在勻強(qiáng)磁場中帶電粒子經(jīng)過電場的加速后，在勻強(qiáng)磁場中旋轉(zhuǎn)半個(gè)周期，再次進(jìn)入電場，在半個(gè)周期的時(shí)旋轉(zhuǎn)半個(gè)周期，再次進(jìn)入電場，在半個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)，電場的方向發(fā)生改動(dòng)。這樣帶電粒子進(jìn)入間內(nèi)，電場的方向發(fā)生改動(dòng)。這樣帶電粒子進(jìn)入電場后會(huì)被重新加速。這樣反復(fù)下去，隨著帶電電場后會(huì)被重新加速。這樣反復(fù)下去，隨著帶電粒子的加速，速度增大，圓周運(yùn)動(dòng)的半徑也會(huì)增粒子的加速，速度增大，圓周運(yùn)動(dòng)的半徑也會(huì)增大。當(dāng)圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與盤旋加速器的半徑相等大。當(dāng)圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與盤旋加速器的半徑相等時(shí)，粒子會(huì)從盤旋加速器中釋放。時(shí)，粒子會(huì)從盤旋加速器中釋放。 最終人們經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)出了盤旋加速器：最終人們經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)出

17、了盤旋加速器： D1、D2是兩個(gè)中空半徑的金屬盒，他們之間是兩個(gè)中空半徑的金屬盒，他們之間有一定的電勢差有一定的電勢差U。A處的粒子源產(chǎn)生的帶電粒子，處的粒子源產(chǎn)生的帶電粒子，在兩盒之間被電場加速。兩在兩盒之間被電場加速。兩個(gè)半圓盒處于與盒面垂直的個(gè)半圓盒處于與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場勻強(qiáng)磁場B中，所以粒子在中，所以粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。經(jīng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過半個(gè)圓周之后，當(dāng)它再次過半個(gè)圓周之后，當(dāng)它再次到達(dá)兩盒間的縫隙時(shí)，控制到達(dá)兩盒間的縫隙時(shí)，控制兩盒間的電勢差，使其恰好兩盒間的電勢差，使其恰好改動(dòng)正負(fù)，于是粒子經(jīng)過盒縫時(shí)再一次被加速。改動(dòng)正負(fù)，于是粒子經(jīng)過盒縫時(shí)再一次被加速。如此，

18、粒子在做圓周運(yùn)動(dòng)的過程中一次一次的地如此，粒子在做圓周運(yùn)動(dòng)的過程中一次一次的地經(jīng)過盒縫，而兩盒間的電勢差一次一次地反向，經(jīng)過盒縫，而兩盒間的電勢差一次一次地反向，粒子的速度就可以添加到很大。粒子的速度就可以添加到很大。 盤旋加速器加速的帶電粒子，能量到達(dá)盤旋加速器加速的帶電粒子，能量到達(dá)2530ev后，就很難加速了。緣由是，按照狹后，就很難加速了。緣由是，按照狹義相對(duì)論，粒子的質(zhì)量隨著速度的增大而增大，義相對(duì)論，粒子的質(zhì)量隨著速度的增大而增大，而質(zhì)量的變化會(huì)導(dǎo)致其盤旋周期的變化，從而破而質(zhì)量的變化會(huì)導(dǎo)致其盤旋周期的變化，從而破壞了與電場變化周期的同步。壞了與電場變化周期的同步。實(shí)踐運(yùn)用中的盤旋

19、加速器實(shí)踐運(yùn)用中的盤旋加速器 帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，它受的洛倫茲力總帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，它受的洛倫茲力總是與速度方向垂直，洛倫茲力在速度方向沒有分量，是與速度方向垂直，洛倫茲力在速度方向沒有分量，所以洛倫茲力不改動(dòng)粒子速度的大小，即洛倫茲力不所以洛倫茲力不改動(dòng)粒子速度的大小，即洛倫茲力不對(duì)帶電粒子做功，不改動(dòng)粒子的能量。對(duì)帶電粒子做功，不改動(dòng)粒子的能量。一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng) 由于粒子的速度的大小不變，所以粒子在勻強(qiáng)由于粒子的速度的大小不變，所以粒子在勻強(qiáng)磁場中所受的洛倫茲力的大小也不改動(dòng)，加之洛倫磁場中所受的洛倫茲力的大小也不改動(dòng)，加之洛倫茲力子總

20、與速度方向垂直，正好起到了向心力的作茲力子總與速度方向垂直，正好起到了向心力的作用。所以，沿著磁場垂直的方向射入磁場的帶電粒用。所以，沿著磁場垂直的方向射入磁場的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。子，在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。二、盤旋加速器二、盤旋加速器 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)的周期半徑公式帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)的周期半徑公式分別為：分別為：qBmvr qBmT 2 盤旋加速器的設(shè)計(jì)原理是帶電粒子在電場中加盤旋加速器的設(shè)計(jì)原理是帶電粒子在電場中加速，然后進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，旋轉(zhuǎn)半周，電場的方向發(fā)速，然后進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，旋轉(zhuǎn)半周，電場的方向發(fā)生改動(dòng)，帶電粒子重新進(jìn)入電場加速。這樣反復(fù)，生改動(dòng)，

21、帶電粒子重新進(jìn)入電場加速。這樣反復(fù)，只需粒子的半徑增大到與盤旋加速器的半徑相等，只需粒子的半徑增大到與盤旋加速器的半徑相等，粒子從盤旋加速器中釋放。粒子從盤旋加速器中釋放。 1. 1.關(guān)于盤旋加速器，加速帶電粒子所獲得的能量，關(guān)于盤旋加速器，加速帶電粒子所獲得的能量，以下提供的選項(xiàng)正確的選項(xiàng)是以下提供的選項(xiàng)正確的選項(xiàng)是 。 A. A.與加速器的半徑有關(guān)，半徑越大，能量越大；與加速器的半徑有關(guān)，半徑越大，能量越大； B. B.與加速器的磁場有關(guān)，磁場越大，能量越大；與加速器的磁場有關(guān)，磁場越大，能量越大； C. C.與加速器的電場有關(guān)，電場越大，能量越大；與加速器的電場有關(guān)，電場越大，能量越大；

22、 D. D.與帶電粒子的質(zhì)量與電荷量均有關(guān)，質(zhì)量和電與帶電粒子的質(zhì)量與電荷量均有關(guān)，質(zhì)量和電荷量越大，能量越大。荷量越大，能量越大。A 2. 2.質(zhì)子和質(zhì)子和粒子在同一個(gè)勻強(qiáng)磁場中做半徑一粒子在同一個(gè)勻強(qiáng)磁場中做半徑一樣的圓周運(yùn)動(dòng)，由此可知質(zhì)子的動(dòng)能樣的圓周運(yùn)動(dòng)，由此可知質(zhì)子的動(dòng)能E1E1和和粒子的粒子的動(dòng)能動(dòng)能E2E2之比為之比為E1/E2=_E1/E2=_。 3.如下圖，在勻強(qiáng)磁場中有一傾角為如下圖，在勻強(qiáng)磁場中有一傾角為，做夠，做夠場的光滑絕緣斜面，磁感應(yīng)強(qiáng)度為場的光滑絕緣斜面，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向程度向，方向程度向外，有一質(zhì)量為外，有一質(zhì)量為m、帶電量為、帶電量為+q，的小球由靜止在，

23、的小球由靜止在斜面頂端開場下滑，求小球能在斜面上延續(xù)滑行多斜面頂端開場下滑，求小球能在斜面上延續(xù)滑行多遠(yuǎn)？所用的時(shí)間是多少？遠(yuǎn)？所用的時(shí)間是多少？ 小球的速度沿斜面向下，根據(jù)左手定那么，洛倫小球的速度沿斜面向下，根據(jù)左手定那么，洛倫茲力的方向垂直于斜面向上，重力方向向下，當(dāng)洛倫茲力的方向垂直于斜面向上，重力方向向下，當(dāng)洛倫茲力向上的分力與重力相等時(shí)，物體就會(huì)脫離斜面。茲力向上的分力與重力相等時(shí)，物體就會(huì)脫離斜面。+FmgvN cosmgqvB 脫離斜面時(shí)：脫離斜面時(shí)：物體的加速度為：物體的加速度為： sinsingmmgmFa那么所閱歷的時(shí)間：那么所閱歷的時(shí)間： cosmgBqvF此時(shí)：此時(shí)：

24、qBmgv cosqBmqBgmgavt cotsincos那么所閱歷的路程：那么所閱歷的路程： sin2cos222222Bqgmavs 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b b到到a a，帶正電；，帶正電； C. C.粒子從粒子從a a到到b b，帶負(fù)電；，帶負(fù)電； D. D.粒子從粒子從b b到到a a，帶負(fù)電；，帶負(fù)電； 4. 4.一個(gè)帶電粒子沿垂直于磁場的方向射入一一個(gè)帶電粒子沿垂直于磁場的方向射入一個(gè)勻強(qiáng)磁場，粒子后段軌跡如下圖，軌跡上的每個(gè)勻強(qiáng)磁場，粒子后段軌跡如下圖，軌跡上的每一小段都可近似看成是圓弧一小段都可近似看成是圓弧. .

25、由于帶電粒子使沿途由于帶電粒子使沿途的空氣電離，粒子的能量逐漸減少的空氣電離，粒子的能量逐漸減少( (帶電量不變帶電量不變).).從圖中情況可以確定：從圖中情況可以確定： 。B3030，那么該電荷質(zhì)量，那么該電荷質(zhì)量m_m_，穿過磁場所用的時(shí)間穿過磁場所用的時(shí)間t t為為_。AO300BVVdP 5. 5.如下圖，一電量為如下圖，一電量為q q的帶電粒子，不計(jì)重力的帶電粒子，不計(jì)重力自自A A點(diǎn)垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為點(diǎn)垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B B，寬度為，寬度為d d的勻強(qiáng)磁場中，的勻強(qiáng)磁場中，穿過磁場的速度方向與原來入射方向的夾角為穿過磁場的速度方向與原來入射方向的夾角為vBdqm2vdt3 6

26、. 6.勻強(qiáng)電場勻強(qiáng)電場E E和勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)磁場B B，方向豎直向上，一，方向豎直向上，一質(zhì)量為質(zhì)量為m m的帶電粒子在此區(qū)域內(nèi)恰以速率的帶電粒子在此區(qū)域內(nèi)恰以速率v v作勻速圓作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，那么它的半徑周運(yùn)動(dòng)，那么它的半徑R R是多少？是多少？帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，那么重力與電場力垂直：帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，那么重力與電場力垂直：qEmg 根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)公式和洛倫茲力公式，列式：根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)公式和洛倫茲力公式，列式：qvBRvmF2可以計(jì)算出半徑為：可以計(jì)算出半徑為：BgvER 2007 2007 天津如下圖，在天津如下圖，在x x軸上方存在著垂直于軸上方存在著垂直于紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)

27、度為紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B B的勻強(qiáng)磁場，一個(gè)不計(jì)重的勻強(qiáng)磁場，一個(gè)不計(jì)重力的帶電粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)力的帶電粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O O處以速度處以速度v v進(jìn)入磁場，粒子進(jìn)入磁場，粒子進(jìn)入磁場時(shí)的速度方向垂直于磁場且與進(jìn)入磁場時(shí)的速度方向垂直于磁場且與x x軸正方向成軸正方向成120120角，假設(shè)粒子穿過角，假設(shè)粒子穿過y y軸正半軸后在磁場中到軸正半軸后在磁場中到x x軸軸的最大間隔為的最大間隔為a a，那么該粒子的比荷和所帶電荷的正，那么該粒子的比荷和所帶電荷的正負(fù)是負(fù)是 OvBxyA. ,A. ,正電荷正電荷; ;aBv23B. ,B. ,正電荷；正電荷；aBv2C. ,C. ,負(fù)電荷負(fù)電荷;

28、;aBv23D. ,D. ,負(fù)電荷。負(fù)電荷。aBv2C 點(diǎn)撥點(diǎn)撥 由題知帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡如下圖，由由題知帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡如下圖，由左手定那么值粒子帶負(fù)電。左手定那么值粒子帶負(fù)電。 由幾何關(guān)系：由幾何關(guān)系： , ,得：得： ，由由 ，那么，那么 ，故，故C C項(xiàng)正確。項(xiàng)正確。RRa30sinaR32BqmvR Bavmq23OvBxyAB30v 2006年年 北京如下圖，均強(qiáng)磁場的方向垂直北京如下圖，均強(qiáng)磁場的方向垂直紙面向里，紙面向里， 一帶電微粒從磁場邊境一帶電微粒從磁場邊境d點(diǎn)垂直與磁場方點(diǎn)垂直與磁場方向射入，沿曲線向射入，沿曲線dpa打到屏打到屏MN上的上的a點(diǎn)，經(jīng)過點(diǎn)，

29、經(jīng)過pa段用段用時(shí)為時(shí)為t假設(shè)該微粒經(jīng)過假設(shè)該微粒經(jīng)過p點(diǎn)時(shí)，與一個(gè)靜止的不帶電點(diǎn)時(shí)，與一個(gè)靜止的不帶電微粒碰撞并結(jié)合為一個(gè)新微粒，最終打到屏微粒碰撞并結(jié)合為一個(gè)新微粒，最終打到屏MN上兩個(gè)微粒所受重力均忽略新微粒運(yùn)動(dòng)的：上兩個(gè)微粒所受重力均忽略新微粒運(yùn)動(dòng)的： 。A軌跡為軌跡為pb，至屏幕的時(shí)間將小于，至屏幕的時(shí)間將小于t;B軌跡為軌跡為pc，至屏幕的時(shí)間將大于，至屏幕的時(shí)間將大于t;C軌跡為軌跡為pb，至屏幕的時(shí)間將等于，至屏幕的時(shí)間將等于t;D軌跡為軌跡為pa，至屏幕的時(shí)間將大于，至屏幕的時(shí)間將大于t 。D點(diǎn)撥點(diǎn)撥 帶電微粒在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)帶電帶電微粒在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)帶電粒子的質(zhì)量為粒子的質(zhì)量為m1m1，電荷量為，電荷量為q1q1， ， , ,撞撞擊后，新微粒的質(zhì)量為擊后，新微粒的質(zhì)量為m1+m2m1+m2，電荷量為，電荷量為q1q1， , , ,由于碰撞動(dòng)量守由于碰撞動(dòng)量守恒，所以恒，所以r1=r2r1=r2，T1T2,T1T2,所以軌跡仍為所以軌跡仍為papa，時(shí)間變長。，時(shí)間變長。故故D D正確。正確。Bqvmr1111BqmT1112 Bqvmmr1212)(BqmmT1212)(2 2006 2006 四川如下圖，長方形四川如下圖，長方形abcdabcd長長ad=0.6mad=0.6m，寬寬ab=0.3mab=0.3m，O O、e e分別