选修31第3章第6节带电粒子在匀强磁场中的运动.ppt

带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时会做什么运动呢？,思考：,3.6带电粒子在匀强磁场中的运动,洛伦兹力演示仪,电子枪,加速电压,励磁电流,f=0,带电粒子在磁场中的运动,1.匀速直线运动,带电粒子的速度方向与磁场的方向平行，带电粒子受到的洛伦兹力为零，粒子做匀速直线运动。,2.匀速圆周运动-,带电粒子在磁场中运动，它所受的洛伦兹力总与速度方向垂直，所以不做功 ，或者说 只改变粒子的速度方向 ，不改变粒子的速度大小（动能）。,f,垂直进入磁场,思考与讨论： 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，其轨道半径r和周期T为多大呢？,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？如图所示。,温馨提示,1. 向心力由 提供,3. 匀速圆周运动v，T与r的关系,4. 向心力大小表达式,洛伦兹力,2 .带电粒子做匀速圆周运动的条件是：,只受洛伦兹力,匀强磁场,v B,周期：,半径：,一个带电粒子沿垂直于磁场方向射入一匀强磁场，粒子的一段运动径迹如图所示，径迹上每一小段可近似看成圆弧，由于带电粒子的运动使沿途的空气电离，粒子的动能逐渐减小（电量不变），从图中情况可以确定（ ） A、粒子从a到b，带正电 、粒子从b到a，带正电 、粒子从a到b，带负电 、粒子从b到a，带负电,如图所示，在以O点为圆心半径为r的圆形空间内，存在着垂直纸面向里的匀强磁场，一带电粒子从A点以速度v0垂直于B方向正对O点射入磁场中，从点射出，AOC为120，则该带电粒子在磁场中运动的时间为 .,带电粒子在匀强磁场圆周运动的分析方法,关键是圆心、半径及偏心角和运动时间的确定,1.圆心的确定：,画出带电粒子运动轨迹中任意两点（一般是射入磁场和射出磁场的两点）洛仑兹力的方向，其延长的交点即为圆心。,(F洛提供向心力，F洛垂直于速度),半径一般都在确定圆心的基础上用平面几何知识求解，常常要解三角形,2. 半径的确定：,利用圆心角与弦切角的关系或者四边形的内角和等于360。计算出粒子所转过的圆心角的大小，用公式t= T可求出运动时间。,3.运动时间的确定：,质谱仪原理分析,1、质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具,2、基本原理,将质量不等、电荷数相等的带电粒子经同一电场加速再垂直进入同一匀强磁场，由于粒子动量不同，引起轨迹半径不同而分开，进而分析某元素中所含同位素的种类,例题：一个质量为m、电荷量为的粒子，从容器下方的小孔S1飘入电势差为的加速电场，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为的匀强磁场中，最后打到照相底片上求： （）求粒子进入磁场 时的速率 （）求粒子在磁场中 运动的轨道半径,问题:为什么要制造加速器?,加速器的种类,1.普通加速器,2.直线加速器,3.回旋加速器,一.普通加速器,带电粒子通过普通加速器能获得的能量EK一般只能达到几十万到几百万电子伏(ev).,演 示,获得的能量:,不论哪种加速器都是靠电压产生的电场来对带电粒子加速.,演 示,二.直线加速器,直线加速器有多个加速电场,从而能使带电粒子获得更大的能量.,A,思考: 带电粒子穿越第n个圆筒时的动能为多大?,回旋加速器主要由D形盒、强电磁铁、交变电源、粒子源、引出装置等组成.,1.构造,三.回旋加速器,演 示,A,A,B,B,A1,A1,B1,B1,2.回旋加速器的原理,思考题1. 带电粒子在D形盒内做圆周运动的周期随半径的增大会不会发生变化?,思考题2. 带电粒子在D形盒内做圆周运动的周期与两D形盒所连接的高频交流电源的周期有什么关系?,答: 因为带电粒子在磁场中每运动半周加速一次,加在两D形盒间的电压要与带电粒子的运动同步,所以带电粒子运动的周期与高频交流电源的周期相等.,思考题3. 带电粒子的最高能量与哪些因素有关？,四、小结 通过本节课学习，主要学习了以下几个问题： 1.在直线加速器中,带电粒子获得的能量: Ek=nqU. 2.回旋加速器的主要构造：D形盒、强电磁铁、交变电源、粒子源、引出装置. 3.回旋加速器的加速条件：交流电源的周期与带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期相同. 4.在回旋加速器中，带电粒子的最高能量为:,在带电粒子一定的条件下，Em决定于D形盒的最大半径和磁感应强度.,带电粒子在匀强磁场中的运动 一、带电粒子垂