带电粒子在磁场中的运动.ppt

带电粒子在磁场中的运动 质谱仪,王俊超,一、带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹：,1、当vB时：,f = 0,匀速直线运动,2、当vB时：,粒子将做匀速圆周运动。,洛仑兹力 f 起向心力作用：,二、匀速圆周运动的半径和周期：,洛伦兹力提供向心力，则：,1、半径公式：,2、周期公式：,又因为：,3、解题思路： 定圆心，定半径，定圆心角,圆心必在洛仑兹力所在的直线上，两个位置洛仑兹力方向的交点即为圆心位置。,1.怎么找圆心的位置？,速度方向的垂线一定经过圆心，则任意两条速度垂线的交点即为圆心。,2.怎么求圆运动的轨道半径？,物理方法：由qvB=mv2/R得 R=mv/qB,几何方法：利用三角知识和圆的知识求解,3、确定带电粒子的运动时间,(1) 求周期：,(2) 确定圆心角：,注意： 带电粒子在磁场中运动的时间，与粒子的速度无关。,例1、下列说法正确的是( ),A. 运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一 定受到洛伦兹力的作用,B.运动电荷在某处不受洛伦兹力的作用，则该处的磁感应强度一定为零,C.洛伦兹力既不能改变带电子粒子的动能，也不能改变带电粒子的动量,D.洛伦兹力对带电粒子不做动,D,例2、带电粒子A（质量为m、电量为q）和带电粒子B（质量为4m、电量为2q）若以相同动量垂直磁感线射入同一匀强磁场中（不计重力）则： （1）轨道半径之比 _ （2）周期之比 _,1:2,2:1,例题：,如图所示，一束质量、速度和电量不等的正离子垂直地射入匀强磁场和匀强电场正交的区域里，结果发现有些离子保持原来的运动方向，未发生任何偏转如果让这些不偏转离子进入另一匀强磁场中，发现这些离子又分裂成几束对这些进入后一磁场的离子，可得出结论：,A它们的动能一定各不相同； B它们的电量一定各不相同； C它们的质量一定各不相同； D它们的电量与质量之比一 定各不相同,解析：,对在匀强电场和磁场正交区域内保持原来的运动方向的粒子，其电场力等于洛伦兹力：,得：,即速度相同的粒子进入到后一磁场，由偏转半径r=mv/qB不同，知它们的荷质比一定各不相同,所以 D 正确,例3：一个质量为m、电荷量为q的粒子，从容器下方的小孔S1飘入电势差为U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B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上（如图） （1）求粒子进入磁场 是的速率。 （2）求粒子在磁场中 运动的轨道半径。,三、质谱仪,、电场和磁场都能对带电粒子施加影响，电场既能使带电粒子加速，又能使带电粒子偏转；磁场虽不能使带电粒子速率变化，但能使带电粒子发生偏转 、质谱仪：利用磁场对带电粒子的偏转，由带电粒子的电荷量，轨道半径确定其质量的仪器，叫做质谱仪,、质谱仪的构造,带电粒子注入器 加速电场（U） 速度选择器（E, B1） 偏转磁场（B2） 照相底片,4、质谱仪工作原理,小结：,带电粒子（不计重力）垂直进入匀强磁场后，做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，,半径：,周期：,思考与讨论,若带电粒子进入匀强磁场中，速度与磁场方向成角（0 90）.则带电粒子怎样运动？,再见！,（一）、质谱仪,测量带电粒子的质量,分析同位素,二、实际应用,（二）、回旋加速器,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。,3）、粒子最后出加速器的速度大小由盒的半径决定。,3、注意,1、带电粒子在匀强磁场中的运动周期 跟运动速率和轨道半径无关，对于一定的带电粒子和一定的磁感应强度来说，这个周期是恒定的。,2、交变电场的往复变化周期和粒子的运动周期T相同，这样就可以保证粒子在每次经过交变电场时都被加速。,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。,回旋加速器中磁场的磁感应强度为B，D形盒的直径为d，用该回旋加速器加速质量为m、电量为q的粒子，设粒子