黑龙江省穆棱市朝鲜族学校高中物理《3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动》课件 新人教版选修31.ppt

带电粒子在匀强磁场中的运动 所以 带电粒子将在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动 洛伦兹力来提供向心力 f v f大小不变 f永远不做功 理论推导 1 物体做匀速圆周运动的条件 2 洛伦兹力的特点 带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态 重力不计 匀速圆周运动 练一练 1 电子 质子 氘核 氚核以同样的速度垂直射入同一匀强磁场做匀速圆周运动 其中轨道半径最大的是 a 电子b 质子c 氘核d 氚核 分析 根据 由于四个粒子的电量是相等的 而氚核的质量最大 所以半径最大 d 2 同一种带电粒子以不同的速度垂直射入匀强磁场中 其运动轨迹如图所示 则可知 1 带电粒子进入磁场的速度值有几个 2 这些速度的大小关系为 3 三束粒子从o点出发分别到达1 2 3点所用时间关系为 3个 v3 v2 v1 t1 t2 t3 3 带电粒子做圆周运动的分析方法 1 几个有关的角及其关系 3 带电粒子做圆周运动的分析方法 2 确定圆心 已知入射方向和出射方向 与速度垂直的半径交点就是圆弧轨道的圆心 已知入射方向和出射点的位置时 半径与弦中垂线的交点就是圆弧轨道的圆心 3 带电粒子做圆周运动的分析方法 3 确定半径 一般利用几何知识 常用解三角形的方法 4 确定运动时间 利用圆心角与弦切角的关系 或者是四边形内角和等于计算出圆心角的大小 由公式可求出运动时间 3 如图所示 一束电子 电量为e 以速度v垂直射入磁感应强度为b 宽度为d的匀强磁场 穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹角为300 求 1 电子的质量m 2 电子在磁场中的运动时间t 4 如图所示 在半径为r的圆的范围内 有匀强磁场 方向垂直圆所在平面向里 一带负电的质量为m电量为q粒子 从a点沿半径ao的方向射入 并从c点射出磁场 aoc 120o 则此粒子在磁场中运行的时间t 不计重力 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 解答 背景材料 学科方向粒子加速器是一门多专业的综合性学科 它涉及到加速器物理和许多高技术领域 其中包括射频 电磁场 电源 超高真空 精密机械 电子学 计算机及网络 自动控制 束流诊断 辐射防护 低温超导 等等 粒子加速器不仅是进行高能物理 原子物理 生命科学 材料科学等多种基础科学研究的重要实验装置 而且在工农业生产 医疗 辐照和国防建设等方面也有广泛的应用前景 粒子加速器 直线加速器 1 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 qu ek 2 直线加速器 多级加速如图所示是多级加速装置的原理图 直线加速器 由动能定理得带电粒子经n极的电场加速后增加的动能为 3 直线加速器占有的空间范围大 在有限的空间范围内制造直线加速器受到一定的限制 回旋加速器 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 为什么带电粒子经回旋加速器加速后的最终能量与加速电压无关 解析 加速电压越高 带电粒子每次加速的动能增量越大 回旋半径也增加越多 导致带电粒子在d形盒中的回旋次数越少 反之 加速电压越低 粒子在d形盒中回旋的次数越多 可见加速电压的高低只影响带电粒子加速的总次数 并不影响引出时的速度和相应的动能 当带电粒子的速度最大时 其运动半径也最大 由r mv qb得v rqb m 若d形盒的半径为r 则带电粒子的最终动能 可知 增强b和增大r可提高加速粒子的最终能量 与加速电压高低无关 练习 关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述 正确的是