帶電粒子在勻強磁場中的運動公開課課件

帶電粒子在勻強磁場中的運動公開課知識回顧、帶電粒子在勻強電場中的運動勻加速直線運動?q類平拋運動v?qvF受力分析——運動一、帶電粒子在勻強磁場中的運動勻速直線運動猜想：?qvv?q二、帶電粒子運動軌跡的半徑勻強磁場中帶電粒子運動軌跡的半徑與哪些因素有關？思路:帶電粒子做勻速圓周運動，洛倫茲力提供向心力。vqvB?mr2mvr?qB可見r與速度V、磁感應強度B、粒子的比荷有關三、帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動時周期帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動時周期有何特征？2?rmv根據(jù)T?結合r?vqB2?m可知T?qB可見同一個粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的周期與速度無關..例2、勻強磁場中，有兩個電子分別以速率v和2v沿垂直于磁場方向運動，哪個電子先回到原來的出發(fā)點？v.-e...-e..T=2πm/eB運動周期和電子的速率無關兩個電子同時回到原來的出發(fā)點2v......兩個電子軌道半徑如何？B..mvr??veB軌道半徑與粒子射入的速度成正比（二）實驗論證：洛倫茲力演示器勵磁線圈電加速電壓選擇擋子槍磁場強弱選擇擋演示實驗：?1、不加磁場時，觀察電子束的軌跡；勻速直線運動?2、給線圈通電，觀察電子束的軌跡；勻速圓周運動?3、保持初射速度V不變，改變磁感應強度B的大小，觀察電子束的軌跡變化；B越大、R越小?4、保持磁感應強度B不變，改變初射速度V的大小，觀察電子束的軌跡變化。V越大、R越大思考：帶電粒子在磁場中的運動：勻速直線運動勻速圓周運動粒子運動方向與磁場有一夾角（大于0度小于90度）軌跡為螺線例1：一個帶電粒子，沿垂直于磁場的方向射入一勻強磁場．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CA．粒子從a到b，帶正電B．粒子從a到b，帶負電C．粒子從b到a，帶正電D．粒子從b到a，帶負電通過氣泡室顯示的帶電粒子在勻強磁場中的運動徑跡導學案：問題4質譜儀?如圖所示，一質量為m，電荷量為q的粒子從容器A下方小孔S1飄入電勢差為U的加速電場，然后讓粒子垂直進入磁感應強度為B的磁場中，最后打到底片D上.?(1)粒子在S1區(qū)做什么運動??(2)在S2區(qū)做何種運動，在S3區(qū)將做何種運動??(3)粒子進入磁場時的速率？?(4)粒子在磁場中運動的軌道半徑？在S1

S2間，電場力做功獲得能12mv?qU2可得：v?2qUm以速度v垂直進入磁場,洛侖茲力提供向心力vmvqvB?m?r?rqB可見半徑不同意味著比荷不同，12mU意味著它們是不同代入v可得：r?Bq的粒子2這就是質譜儀的工作原理阿斯頓（湯姆生的學生）一、質譜儀原理分析1、質譜儀:是測量帶電粒子質量和分析同位素的重要工具2、工作原理將質量不等、電荷數(shù)相等的帶電粒子經同一電場加速再垂直進入同一勻強磁場，由于粒子質量不同，引起軌跡半徑不同而分開，進而分析某元素中所含同位素的種類均可測定荷質比⑴帶電粒子質量m,電荷量q,由電壓U加速后垂直進入磁感應強度為B的勻強磁場,設軌道半徑2U為r,則有：12NmvMqU?mvqvB?O2rq2U?22B可得mBr質譜儀的兩種裝置⑵帶電粒子質量m,電荷量q,以速度v穿過速度選擇器(電場強度E，磁感應強度B1),垂直進入磁感應強度為B2的勻強磁場.設軌道半徑為r,則有：2B1mvEqE=qvB1qvB2?MNqEr?可得：mB1B1rB2帶電粒子在磁場中的運動回旋加速器世界上最大、能量最高的粒子加速器——歐洲大型強子對撞機世界最大對撞機啟動模擬宇宙大爆炸中國參與研究在瑞士和法國邊界地區(qū)的地底實驗室內，科學家們正式展開了被外界形容為“末日實驗”的備受爭議的計劃。他們啟動了全球最大型的強子對撞機(LHC)，把粒子運行速度加快至接近光速，并將互相撞擊，模擬宇宙初開“大爆炸”后的情況?？茖W家希望借這次實驗，有助解開宇宙間部分謎團。但有人擔心，這次實驗或會制造小型黑洞吞噬地球，令末日論流言四起。這項實驗在深入地底100米、長達27公里的環(huán)型隧道內進行。一、直線加速器1.單極加速器++U-q帶電粒子初速度為0，將其加速到具有30MeV能量，需要多大的電壓？12qu?mv22.多級直線加速器優(yōu)點：各級電壓獨立，低壓分級加速缺點：級數(shù)太多，占用空間太大斯坦福直線加速器中心鳥瞰圖1962年斯坦福直線加速器中心成立后，開始建造2英里長的直線加速器和實驗區(qū)利用磁場讓粒子做圓周運動！二、回旋加速器以正粒子為例V3V1+-+-V1V2-+-+V21.結構2.工作原理以正粒子為例V3V1+-+-V1V2-+-+V2例題回旋加速器D形盒的半徑為r，勻強磁場的磁感應強度為B，一個質量為m，電荷量為q的粒子在加速電壓為U的加速器的中央從速度為零開始加速，根據(jù)回旋加速器的這些數(shù)據(jù)計算：（1）交流電源的周期是？所加交變電壓的頻率。（2）該粒子獲得的最大速度，及最大動能。（3）運動的總時間(不計粒子在間隙中間的運動時間)。D形盒的半徑越大，粒子所能獲得的速度越大警示：對回旋加速器要切記以下三點：①加速電場的周期必須等于回旋周期．③粒子做勻速圓周運動的最大半徑等于D形盒半徑．③在粒子質量、電量確定的情況下，粒子所能達到的最大動能只與加速的半徑R和磁感應強度B有關，與加速電壓U無關．想一想：有些同學認為“加速電壓U越大，每次加速時粒子獲得的動能越大，最后粒子飛出D形盒時的動能也越大．這種觀點對嗎?說說你的觀點．北京正負電子對撞機：撞出物質奧秘大科學裝置的存在和應用水平，是一個國家科學技術發(fā)展的具象。它如同一塊巨大的磁鐵，能夠集聚智慧，構成一個多學科陣地。作為典型的大科學裝置，北京正負電子對撞機的重大改造工程就是要再添磁力。北京正負電子對撞機在我國大科學裝置工程中赫赫有名，為示范之作。1988年10月16日凌晨實現(xiàn)第一次對撞時，曾被形容為“我國繼原子彈、氫彈爆炸成功、人造衛(wèi)星上天之后，在高科技領域又一重大突破性成就”。北京正負對撞機重大改造工程的實施，將讓這一大科學裝置“升級換代”，繼續(xù)立在國際高能物理的前端。北京正負電子對撞機重大改造工程完工后，將成為世界上最先進的雙環(huán)對撞機之一。課堂小結：一、帶電粒子在勻強磁場中的運動規(guī)律1、v∥B時，勻速直線運動2、v⊥B時，勻速圓周運動二、三、mv洛倫茲力提供向心力qvB?rmv半徑：r?qB周期：2T?2?rv?2?mqB（與R，V無關）四、帶電粒子在勻強磁場中的運動規(guī)律的應用質譜儀課堂練習：帶電粒子垂直勻強磁場方向運動時，會受到洛倫茲力的作用，做勻速圓周運動．下列表述正確的是(B)A．洛倫茲力對帶電粒子做功