帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動

帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)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(qiáng)弱選擇擋加速電壓選擇擋洛倫茲力演示器實(shí)驗(yàn)：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(qiáng)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(jì)）所受洛倫茲力的大小和方向：勻速直線運(yùn)動FF=0一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動（重力不計(jì)）勻速圓周運(yùn)動粒子運(yùn)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(yùn)動軌跡的半徑勻強(qiáng)磁場中帶電粒子運(yùn)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(yùn)動，洛倫茲力提供向心力。可見r與速度V、磁感應(yīng)強(qiáng)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(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(qiáng)磁場中，有兩個(gè)電子分別以速率v和2v沿垂直于磁場方向運(yùn)動，哪個(gè)電子先回到原來的出發(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(gè)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(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動時(shí)周期帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動時(shí)周期有何特征？可見同一個(gè)粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的周期與速度無關(guān)回旋加速器就是根據(jù)這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)的

第十頁，共四十一頁，2022年，8月28日例1．一個(gè)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(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中做逆時(shí)針圓周運(yùn)動（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)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=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(jìn)入勻強(qiáng)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(yùn)動，軌跡為圓；(B)沿a運(yùn)動，曲率半徑越來越?。?C)沿a運(yùn)動，曲率半徑越來越大；(D)沿b運(yùn)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(jìn)入勻強(qiáng)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(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(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)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(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：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(shí)現(xiàn)對帶電粒子加速的?3.各有什么優(yōu)缺點(diǎn)?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(gè)加速電場中的運(yùn)動時(shí)間相等，因?yàn)榻蛔冸妷旱淖兓芷谙嗤诙摚菜氖豁摚?022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(diǎn)？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(jìn)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(yùn)動的粒子2、原理用磁場控制軌道、用電場進(jìn)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(yùn)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(shí)，粒子的運(yùn)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(fèi)米實(shí)驗(yàn)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(yùn)動周期

T相同----保證粒子每次經(jīng)過交變電場時(shí)都被加速1.粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(shí),得知圓運(yùn)動半徑將與v成正比例地增大,由因此運(yùn)動一周的時(shí)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(yùn)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(dá)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(shí)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(qiáng)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(gè)D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，使粒子在通過狹縫時(shí)都能得到加速．兩D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)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，D形金屬盒的半徑為R，狹縫間的距離為d，勻強(qiáng)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(jì)重力）射出時(shí)的動能，則下列方法中正確的是：()A．增大勻強(qiáng)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(qiáng)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(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(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，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，北京正負(fù)電子對撞機(jī)的