物理：3.6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動課件新人教版選修3-1

3.6帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動物理新人教版選修3-1ks5u精品課件3、某些帶電體是否考慮重力，要根據(jù)題目暗示或運(yùn)動狀態(tài)來判定磁場中的帶電粒子一般可分為兩類：1、帶電的基本粒子：如電子，質(zhì)子，α粒子，正負(fù)離子等。這些粒子所受重力和洛侖磁力相比在小得多，除非有說明或明確的暗示以外，一般都不考慮重力。（但并不能忽略質(zhì)量）。2、帶電微粒：如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有說明或明確的暗示以外，一般都考慮重力。ks5u精品課件洛倫茲力演示儀工作原理：由電子槍發(fā)出的電子射線可以使管的低壓水銀蒸汽發(fā)出輝光，顯示出電子的徑跡。兩個(gè)平行的通電環(huán)形線圈可產(chǎn)生沿軸線方向的勻強(qiáng)磁場ks5u精品課件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ks5u精品課件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：一.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動1、當(dāng)V∥B，勻速直線運(yùn)動。2、?

當(dāng)帶電粒子q以速度v垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場中，它將做什么運(yùn)動?ks5u精品課件一.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動

2.當(dāng)V⊥B，帶電粒子將在垂直于磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動。ks5u精品課件

速度大小不變，而方向隨時(shí)間變化。

周期T與運(yùn)動速度及運(yùn)動半徑無關(guān)。ks5u精品課件3.粒子運(yùn)動方向與磁場有一夾角（大于0度小于90度）軌跡為螺線當(dāng)υ與B夾一般角度時(shí)，由于可以將υ正交分解為υ∥和υ⊥（分別平行于和垂直于）B，因此電荷一方向以υ∥的速度在平行于B的方向上做勻速直線運(yùn)動，另一方向以υ⊥的速度在垂直于B的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動。

ks5u精品課件例題：一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子，從容器下方的小孔S1飄入電勢差為Ｕ的加速電場，然后經(jīng)過S3沿著與磁場垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為Ｂ的勻強(qiáng)磁場中，最后打到照相底片Ｄ上求：（１）求粒子進(jìn)入磁場時(shí)的速率（２）求粒子在磁場中運(yùn)動的軌道半徑ks5u精品課件二.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.基本原理

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，由于粒子動量不同，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3.推導(dǎo)ks5u精品課件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，qU=Ek．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：三.加速器（一）、直線加速器ks5u精品課件

由動能定理得帶電粒子經(jīng)n極的電場加速后增加的動能為：

3．直線加速器占有的空間范圍大，在有限的空間范圍內(nèi)制造直線加速器受到一定的限制．ks5u精品課件(二)回旋加速器

1．1932年美國物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，實(shí)現(xiàn)了在較小的空間范圍內(nèi)進(jìn)行多級加速．2．工作原理：利用電場對帶電粒子的加速作用和磁場對運(yùn)動電荷的偏轉(zhuǎn)作用來獲得高能粒子，這些過程在回旋加速器的核心部件——兩個(gè)D形盒和其間的窄縫內(nèi)完成。ks5u精品課件U(二)回旋加速器ks5u精品課件（1）磁場的作用：帶電粒子以某一速度垂直磁場方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場后，并在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動，其周期和速率、半徑均無關(guān)，帶電粒子每次進(jìn)入D形盒都運(yùn)動相等的時(shí)間（半個(gè)周期）后平行電場方向進(jìn)入電場中加速．（2）電場的作用：回旋加速器的兩個(gè)D形盒之間的窄縫區(qū)域存在周期性變化的并垂直于兩D形盒正對截面的勻強(qiáng)電場，帶電粒子經(jīng)過該區(qū)域時(shí)被加速．（3）交變電壓：為了保證帶電粒子每次經(jīng)過窄縫時(shí)都被加速，使之能量不斷提高，須在窄縫兩側(cè)加上跟帶電粒子在D形盒中運(yùn)動周期相同的交變電壓．ks5u精品課件(4)帶電粒子的最終能量

當(dāng)帶電粒子的速度最大時(shí)，其運(yùn)動半徑也最大，由r=mv/qB得v=rqB/m，若D形盒的半徑為R，則帶電粒子的最終動能：

所以，要提高加速粒子的最終能量，應(yīng)盡可能增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B和D形盒的半徑R．ks5u精品課件

為什么帶電粒子經(jīng)回旋加速器加速后的最終能量與加速電壓無關(guān)？

解析：加速電壓越高，帶電粒子每次加速的動能增量越大，回旋半徑也增加越多，導(dǎo)致帶電粒子在D形盒中的回旋次數(shù)越少；反之，加速電壓越低，粒子在D形盒中回旋的次數(shù)越多，可見加速電壓的高低只影響帶電粒子加速的總次數(shù)，并不影響引出時(shí)的速度和相應(yīng)的動能，由

可知，增強(qiáng)B和增大R可提高加速粒子的最終能量，與加速電壓高低無關(guān)．ks5u精品課件小結(jié)：

回旋加速器利用兩D形盒窄縫間的電場使帶電粒子加速，利用D形盒內(nèi)的磁場使帶電粒子偏轉(zhuǎn)，帶電粒子所能獲得的最終能量與B和R有關(guān)，與U無關(guān)．ks5u精品課件

如果盡量增強(qiáng)回旋加速器的磁場或加大D形盒半徑，我們是不是就可以使帶電粒子獲得任意高的能量嗎？思考ks5u精品課件本課總結(jié)：一、帶電粒子在磁場中的運(yùn)動平行磁感線進(jìn)入：做勻速直線運(yùn)動垂直磁感線進(jìn)入：做勻速圓周運(yùn)動