带电粒子在匀强磁场中的运动 质谱仪.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第五节,带电粒子在匀强磁场中的运动,洛伦兹力演示仪,工作原理：,由电子枪发出的电子射线可以使管的低压水银蒸汽发出辉光，显示出电子的径迹。,两个平行的通电环形线圈可产生沿,轴线方向的匀强,磁场,结论：,带电粒子,垂直,进入磁场中，粒子,在垂直磁场方向的平面内,做匀,速圆周运动,，此洛伦兹力,不做功,。,实验现象：,(1),在没有磁场作用时，电子的径迹是直线,；,(2),在管,外加上匀强磁场,，,当,，电子的径迹变弯曲成,圆形,当,，电子的径迹是,直线,。,当,和,不垂直也不平行,，电子做螺旋线向前运动，径迹是,螺旋线,。,推导,:,粒子做匀速圆周运动所需的向心力,是由粒子所受的洛伦兹力提供的,所以,说明,:,1,、轨道半径和粒子的运动速率成正比。,2,、带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期和运动速率、轨道半径都无关。,问题：一带电量为,q,，,质量为,m,，,速度为,v,的带电粒子垂直进入磁感应强度为,B,的匀强磁场中，其半径,r,和周期,T,为多大？,V,-,F,洛,如图所示，一束带正电的相同的粒子垂直磁场边界自,O,点射入匀强磁场中后分成了,3,束，其运动轨迹如图，粒子运动方向与磁场方向垂直，不计粒子的重力作用，已知,OA=1m,OC=2m,OD=3m,，则这三束粒子的速率之比和周期之比各是多少？,请同学们看例题，思考如下问题：,粒子在,S,1,区、,S,2,区、,S,3,区分别做什么运动？,在加速电场,S,1,中，由动能定理得：,解出：,粒子在,S,3,磁场中做匀速圆周运动，其半径为：,2,、,质谱仪,引言：,质谱仪是用物理方法分析同位素的仪器，由英国物理学家与化学家阿斯顿于,1919,年创造，当年发现了氯与汞的同位素，以后几年又发现了许多同位素，为此，阿斯顿于,1922,年获诺贝尔化学奖。,原理图,速度选择器,+,从离子源出来的离子经过,S,1,、,S,2,加速进入电场和磁场空间，若粒子带正电荷,+,q,，,则电荷所受的力有：,洛仑兹力：,qvB,1,电场力：,qE,若粒子能进入下面的磁场,qvB,1,=,qE,滤速器,若每个离子所带电量相等，由谱线的位置可以确定同位素的质量。,质谱分析：,质量为,m,，,电量为,q,的带电粒子 经过滤速器后，飞入磁场,B,2,中做圆周运动，落在感光片,A,处，其半径,R,为：,锗的质谱,且,得到,+,典型物理问题的分析计算,粒子垂直磁感线进入磁场，偏转、回旋的有关问题。常见四大类磁场：,无限均匀,有限均匀,方形均匀,圆形均匀,粒子带正电,粒子带负电,带电粒子做圆周运动的分析方法,圆心的确定,（）已知入射方向和出射方向,可以通过入射点和出射点分别作垂直与入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心,V,0,P,M,O,V,（）已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心,V,P,M,O,带电粒子做圆周运动的分析方法,圆心的确定,半径的确定和计算,利用平面几何的关系，求出该圆的可能半径（或圆心角），并注意以下两个重要的几何特点：,粒子速度的偏向角,等与圆心角,，,并等于,AB,弦与切线的夹角,（,弦切角）的倍即,=,=2,利用回旋角（即圆心角,）,与弦切角的关系，或者利用四边形的内角和等与,360,计算出圆心角,的大小,由公式,t=,T,/,360,可求出粒子在磁场中运动的时间,.,其中：,运动时间的确定,(,偏向角）,v,v,O,课堂小结,2,、当,时，,粒子在,垂直磁场的平面内,做,匀速圆周运动；,1,、当,时，粒子做,匀速直线运动,；,轨道半径：,轨道周期：,3,、,和,不垂直也不平行,，粒子做,螺旋线运动,。,4,、应用：质谱仪。,