带电粒子在匀强磁场中运动.pdf

带电粒子在匀强磁场中运动当磁铁靠近电视会如何【知识回顾】1、洛伦兹力产生的条件？2、洛伦兹力的大小和方向如何确定？3、洛伦兹力有什么特点？考虑:射入匀强磁场中的带电 粒子将做如何的运动呢7判断下图中带电粒子（电量q,重力不计）所受洛伦兹力 的大小和方向：A XX XBX 义O V一、运动形式XXXXXXXXXXQVXXXXXXXXXX1、带电粒子平行射入匀强磁场时匀速直线运动。2、带电粒子平行射入匀强磁场时做什么运动I【推理与猜想】(1)V庭，洛伦兹力的方向与速度方向的关系垂直带电粒子仅在洛伦兹力的作用下，粒子的 速率变化么？能量呢？(3)洛伦兹力如何变化？(4)您猜想垂直于匀强磁场方向射入的带电 粒子估计做什么运动？拓展:V与否不垂直0=0co的 v=vsin0粒子的轨迹是一条螺旋线_J带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动 的圆半径，与粒子的速度、磁场的磁感应 强度有什么关系？什么力提供带电粒子做匀 速圆周运动的向心力？向心力的计算公式是什么?带电粒子将在垂直于磁场的平面内做匀速圆周动1、圆周运动的半径R=mV qB2、圆周运动的周期27rm1=qB考虑:周期与速度、半径什么关系？通过格雷塞尔气海室显示的带电粒子在匀 强磁场中的运动径迹1、不同带电粒子的径迹半径为 什么不一样？2、同一条径迹上为什么曲率半 径会越来越小呢？提出问题:能否从气泡室 中带电粒子的径迹得到启发,设计一个仪器，将比荷不同、初速度几乎为零带电粒子分 开？设计方案:设一个质量为私电荷量为q的粒子,从容器下方的小孔Si飘入电势差为U的加速 电场,其初速度几乎为零,然后经过S3沿着与磁 场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中,最后打到照相底片D上、求:(1)求粒子进入磁场时的速率(2)求粒子在磁场中运动的轨道半径质谱仪通过测出粒子圆周运动的半径，计算粒子的 比荷或质量及分析同位素的仪器、阿斯顿阿斯顿是英国物理学家,他长期 髓亨瞬萨研究。他首次 用此来对多兀.从事同位素和质谱的研究。他首次度进行测量丛而肯定了同位素的 普遍存在。晌时哪对圆蟠娜一；工元素质量的麋法 w上了1922年的诺贝Francis William Aston1877-1945则。因此十 尔化学奖。例与练1、水平导线中有电流I通过,导线正下方的 电子初速度的方向与电流I的方向相同,则电子将（aIFA、B、C、D、沿路径a运动,轨迹是圆沿路径a运动,轨迹半径越来越大.沿路径a运动,轨迹半径越来越小 沿路径b运动,轨迹半径越来越小mv r=qB例与练2.有三种粒子,分别是质子（乂尸氟核.（汨）和a粒子（，瞳,假如它们以相同的速度沿垂直于磁场方向射入匀强磁场（磁场方向垂直纸面向里），在下图中,哪个图正确地表示出这C三束粒子的运动轨迹？（)Cmv m例与练I3、两个励磁线圈中每一线圈为4=140匝,半径为Q 140 mm,两线圈内的电流方向一致,大小相同为户1、00A,线圈之间距离正好等于圆形 线圈的半径,在坡璃泡的区域内产生的磁场为匀强磁场,其磁感应强度（特触况，时尊出的电子经过加速电压为华125V的电场加速后,垂 直磁场方向进入匀强磁场区域,通过标尺测得用形径迹的直径为大80、0mm,请估算电子的比荷。（答案保留2位有赢字）励磁线圈侧视图结构示意图解：电子在加速电场中加速，由动能定理eU=5加诏（电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力 y?_W工 rD=2r 解得：-=m8Z7-0TD2 B2 2又3=9乂10-竺=9乂10*47 R代入数据得：=1.9xlO】C7依 m加速器 问题1:要认识原子核内部的情况必须把核“打开”进行“观察二然而，原子核被强大的 核力约束，只有用极高能量的粒子作为“炮弹”去轰击，才能把它“打开工那么如何才能产 生这些高能炮弹呢?设计方案:多级加速器二级粒子II II IIII+一一级II+II 4-三级IIII+-IIII+一 级加速器中的径迹为直线，其加速装置要特别长特别长多级加速器加利佛尼亚斯坦福大学的粒子加速器问题2:有没有什么方法能够让带电粒子在加速后又转回来被第二次加速，如此反复“转居居”式地被加速，加速器装置所占的空间不是会大大缩小不?设计方案:旋加速器静电偏转板回硅加速器的D型食旋加速器的原理1、作用:产生高速运动的粒子2、原理1）、两D形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙 有交变电场。2）、交变电场的周期等于粒子做匀速圆周运动 的周期。回族加速器的D型食已知回旋加速器中。形盒内匀强磁场的磁感应强度大小为8。形盒的半径为/;今将质量为m.电量为q的质子从间隙中心处由静止释放,求粒子 在加速器内加速后所能达到的最大速度表达式.3）、粒子最后出加速器的速度大小由盒的半径决定。stop粒子获得最大速度Rj+v=qBR 八 八 v mqB m粒子获得最大动能下 1 2(qBR)?Ekm=人 mV=接交流电源U与加速电压无关!费米实验室环形加速器美国伊利诺斯州假如尽量增强回旋加速器的磁场或加大D形盒半径,我们是不是就能够使带电粒子获得 任意高的能量不？3、由于侠义相对论的限制，回旋加速器只能把 粒子加速到一定的能量。例与练4.旋加速器是加速带电粒子的装置,其核心的部分是分别与高频交流电极相连的两个D形金属盒。两盒间的狭缝中形 成的周期性变化的电场,使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中,如图所示。要增 大带电粒子射出的动能，则下列说法中正确的是（B DA、增大匀强电场间的加速电压B、增大磁场的磁感应强度BC、减少狭舞间的距离D、增大D形金属盒的半径技交流电源U小结：带电粒子垂直射入匀强磁场做匀速圆周运动 洛伦兹力提供向心力1）圆半径rv2qvB 二 m rmv r=qB半径r跟速率v成正比、2）周期TT=17im1=qBV周期T跟圆半径r和速率v均无关、感谢您的聆听!