3.6带电粒子在匀强磁场中的运动ppt课件.ppt

第三章磁场,第6节带电粒子在匀强磁场中的运动,1,知识回顾,例题：判断下列图中的带电粒子所受洛伦兹力的大小和方向(粒子电荷量q，重力不计),思考：上图中带电粒子在匀强磁场中将做什么运动？,无洛伦兹力,匀速直线运动,可能做匀速圆周运动,2,励磁电流调节挡：改变磁场强弱,加速极电压调节挡：改变电子发射速度,洛伦兹力演示器,演示实验,能在两线圈之间产生平行于两线圈中心的连线的匀强磁场,3,+,4,1.带电粒子运动轨迹的半径r,匀强磁场中带电粒子运动轨迹的半径与哪些因素有关？,思路:带电粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。,可见半径r与速度V、磁感应强度B、粒子的比荷有关,一、带电粒子在匀强磁场中的运动,沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动。,5,2.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时周期T,同一个粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与速度无关,6,在粒子物理学的研究中，为了看清粒子运动的径迹，经常让粒子通过“云室”，“气泡室”等装置。,上图为带电粒子在匀强磁场中运动的云室照片,思考：1、不同粒子径迹半径为什么不一样？2、同一径迹半径为什么越来越小？,7,例1：一个带电粒子，沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场粒子的一段径迹如下图所示径迹上的每一小段都可近似看成圆弧由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小(带电量不变)从图中情况可以确定（）,A粒子从a到b，带正电B粒子从a到b，带负电C粒子从b到a，带正电D粒子从b到a，带负电,C,8,2v,T=2m/qB,例2、匀强磁场中，有两个电子分别以速率v和2v沿垂直于磁场方向运动，求：,两个电子同时回到原来的出发点,运动周期和电子的速率无关,轨道半径与粒子射入的速度成正比,v,(2)两个电子轨道半径如何？,(1)哪个电子先回到原来的出发点？,9,带电粒子在无界匀强磁场中的运动,F洛=0匀速直线运动,F洛=Bqv匀速圆周运动,F洛=Bqv等距螺旋（090）,在只有洛仑兹力的作用下,10,例题：一个质量为m、电荷量为q的粒子，从容器A下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为0，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（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。,课本P100,11,可见半径不同意味着比荷不同，意味着它们是不同的粒子,这就是质谱仪的工作原理,解：(1)带电粒子在S1和S2之间运动，电场力做功获得动能,12,二、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、工作原理：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,由于粒子质量不同,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。,质谱仪最初是由汤姆生的学生阿斯顿设计的，他用质谱仪发现了氖20和氖22，证实了同位素是存在。,13,质谱仪的两种装置均可测定荷质比,带电粒子质量m,电荷量q,由电压U加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场,设轨道半径为r,则有：,可得：,带电粒子质量m,电荷量q,以速度v穿过速度选择器(电场强度E，磁感应强度B1),垂直进入磁感应强度为B2的匀强磁场.设轨道半径为r,则有：,qE=qvB1,可得：,14,加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加。,三、粒子加速器,直线加速器,要了解原子核的内部情况，需要用高速粒子轰击原子核将其打开，这就需要用加速器对粒子进行加速。,15,如图所示是多级加速装置的原理图：,多级直线加速器,据，要获得速度足够快的粒子,必须有足够高的电压,但产生过高的电压在技术上很困难,于是,人们采用多级加速的方法.,16,多级直线加速器,多级直线加速器有什么缺点？,17,回旋加速器,18,1932年,美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，从而使人类在获得具有较高能量的粒子方面迈进了一大步。为此，劳伦斯荣获了1939年诺贝尔物理学奖。,19,回旋加速器,20,回旋加速器,1、作用：产生高速运动的粒子,2、原理：,用磁场控制轨道、用电场进行加速,21,回旋加速器,22,交变,交变电压的周期TE=粒子在磁场中运动的周期TB,回旋加速器,23,解：当粒子从D形盒出口飞出时，粒子的运动半径=D形盒的半径,回旋加速器,24,回旋加速器,25,问题6：D越大，EK越大，是不是只要D不断增大，EK就可以无限制增大呢?,回旋加速器,26,超大型粒子回旋加速器,27,美国费米实验室加速器,28,2.交变电场的周期和粒子的运动周期T相同-保证粒子每次经过交变电场时都被加速,1.粒子在匀强磁场中的运动周期不变,回旋加速器知识总结：,3.带电粒子每经电场加速一次,回旋半径就增大一次,每次增加的动能为,4.粒子加速的最大速度由盒的直径决定,5.粒子获得的最大动能,29,.关于回旋加速器的工作原理，下列说法正确的是(),A,30,2回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的匀强电场，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面的匀强磁场中，如图所示，设匀强磁场的磁感应强度为B，D形金属盒的半径为R，狭缝间的