高二物理競賽帶電粒子在磁場中的運動 課件

1、

帶電粒子在磁場中的運動一.帶電粒子在均勻磁場中運動1.當時，粒子將在磁場中作勻速圓周運動回旋半徑結論：強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”?！舸偶s束利用兩個亥姆赫茲線圈就可以實現(xiàn)兩邊強中間弱的磁場分布，從而將帶電粒子束縛于其中。

應用：利用磁約束裝置，可以把高溫等離子體約束起來，進而實現(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，是實現(xiàn)高溫等離子體磁約束，進而實現(xiàn)可控核聚變的重要設備。清華等離子體物理聯(lián)合實驗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計制造的EAST全超導非圓截面托卡馬克實驗裝置大部件已安裝完畢，進入抽真空降溫試驗階段。EAST全超導托卡馬克實驗裝置以探索無限而清潔的核聚變能源為目標，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。技術人員在進行托卡馬克實驗裝置安裝思考：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，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，則運動的帶電粒子在此區(qū)域內(nèi)所受到的作用力應是：因此，可以利用外加的電場和磁場，來控制帶電粒子流的運動，這在近代科學技術中的應用是極為重要的帶電粒子在電場和磁場中運動舉例回顧：測量粒子的比荷1.

速度選擇器當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：電場使粒子加速，磁場使粒子做回旋運動。因此可以在一個不大的空間內(nèi)實現(xiàn)對粒子的多次加速。加速電場回旋加速器的結構和工作原理圖（俯視圖）我國于1994年建成的第一臺強流質(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，求磁感應強度B。BUTMxd?θ分析：電子初速度v

與B

不平行，電子在勻強磁場中將作一等螺距的螺旋運動。為使電子擊中M點，M點應在螺旋線上，且從T到M的距離應等于螺距的整數(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