帶電粒子在勻強磁場中的運動公開課

關(guān)于帶電粒子在勻強磁場中的運動公開課第1頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月知識回顧、帶電粒子在勻強電場中的運動勻加速直線運動類平拋運動受力分析——運動第2頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月一、帶電粒子在勻強磁場中的運動勻速直線運動?猜想：可能是圓周運動！第3頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月二、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(guān)？思路:帶電粒子做勻速圓周運動，洛倫茲力提供向心力?？梢妑與速度V、磁感應(yīng)強度B、粒子的比荷有關(guān)第4頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月三、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？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(guān)第5頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月-e2v................BT=2πm/eB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？兩個電子同時回到原來的出發(fā)點運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兩個電子軌道半徑如何？第6頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月勵磁線圈電子槍磁場強弱選擇擋加速電壓選擇擋（二）實驗論證：洛倫茲力演示器第7頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月演示實驗：1、不加磁場時，觀察電子束的軌跡；2、給線圈通電，觀察電子束的軌跡；勻速直線運動勻速圓周運動3、保持初射速度V不變，改變磁感應(yīng)強度B的大小，觀察電子束的軌跡變化；4、保持磁感應(yīng)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。B越大、R越小V越大、R越大第8頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月帶電粒子在磁場中的運動：勻速直線運動思考：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）軌跡為螺線第9頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月例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弧．由于帶電粒子使沿途的空氣電離，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10頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月通過氣泡室顯示的帶電粒子在勻強磁場中的運動徑跡第11頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月導(dǎo)學(xué)案：問題4質(zhì)譜儀如圖所示，一質(zhì)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(yīng)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？第12頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月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13頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月四、應(yīng)用舉例阿斯頓（湯姆生的學(xué)生）質(zhì)譜儀第14頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月一、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入同一勻強磁場，由于粒子質(zhì)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第15頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月質(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加速后垂直進入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場,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(電場強度E，磁感應(yīng)強度B1),垂直進入磁感應(yīng)強度為B2的勻強磁場.設(shè)軌道半徑為r,則有：MB2EB1NqE=qvB1可得：均可測定荷質(zhì)比第16頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月帶電粒子在磁場中的運動回旋加速器第17頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月世界上最大、能量最高的粒子加速器——歐洲大型強子對撞機第18頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月世界最大對撞機啟動模擬宇宙大爆炸中國參與研究

這項實驗在深入地底100米、長達27公里的環(huán)型隧道內(nèi)進行。

在瑞士和法國邊界地區(qū)的地底實驗室內(nèi)，科學(xué)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。科學(xué)家希望借這次實驗，有助解開宇宙間部分謎團。但有人擔(dān)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。第19頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月一、直線加速器1.單極加速器帶電粒子初速度為0，將其加速到具有30MeV能量，需要多大的電壓？+U+-q高壓第20頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月2.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，占用空間太大如何解決？第21頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月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)第22頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月利用磁場讓粒子做圓周運動！第23頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月二、回旋加速器以正粒子為例+-V1V1V2V2V3+-+-+-第24頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月1.結(jié)構(gòu)第25頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月2.工作原理以正粒子為例+-V1V1V2V2V3+-+-+-第26頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月例題

回旋加速器D形盒的半徑為r，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，一個質(zhì)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第27頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月警示：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(zhì)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(yīng)強度B有關(guān)，與加速電壓U無關(guān)．

想一想：有些同學(xué)認(rèn)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．第28頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月北京正負(fù)電子對撞機：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)電子對撞機的重大改造工程就是要再添磁力。

北京正負(fù)電子對撞機在我國大科學(xué)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(lǐng)域又一重大突破性成就”。北京正負(fù)對撞機重大改造工程的實施，將讓這一大科學(xué)裝置“升級換代”，繼續(xù)立在國際高能物理的前端。北京正負(fù)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。第29頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月課堂小結(jié)：一、帶電粒子在勻強磁場中的運動規(guī)律質(zhì)譜儀1、v∥B時，勻速直線運動2、v⊥B時，勻速圓周運動洛倫茲力提供向心力四、帶電粒子在勻強磁場中的運動規(guī)律的應(yīng)用半徑：周期：（與R，V無關(guān)）二、三、第30頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年